Tchê Química · De Boni Como membro mais antigo do site, acredito que posso dizer que foi longo o caminho percorrido para sair do zero e chegar até aqui. Após quase quatro anos

Tchê QuímicaVolume 01 - Número 01 - 2004 ISSN 1806-0374

PERIÓDICO

Tchê QuímicaVolume 01 – Número 01 – 2004 ISSN 1806 – 0374

Órgão de divulgação científica e informativa.

Dados Internacionais de Catalogação na Publicação (CIP)

Periódico tchê química: órgão de divulgação científica einformativa [recurso eletrônico] / Tchê-Química Group. –Vol. 1, n. 1 (jan. 2004)- . – Porto Alegre: Tchê-QuímicaGroup, 2004- .

Semestral.Sistema requerido: Adobe Acrobat Reader.Modo de acesso: World Wide Web:<http://www.tchequimica.tk>Descrição baseada em: Vol. 1, n. 1 (jan. 2004).ISSN 1806-0374

1. Química. I. Tchê-Química Group.

CDD 540

Bibliotecário ResponsávelEdnei de Freitas Silveira

CRB 10/1262

Periódico Tchê Química, Porto Alegre: Tchê-Química Group v. 1, n.1, jan. 2004 2

PERIÓDICO

Tchê QuímicaVolume 01 – Número 01 – 2004 ISSN 1806 – 0374

Órgão de divulgação científica e informativa.

ElaboraçãoGabriel Rübensam

Comissão EditorialEduardo GoldaniLuis Alcides Brandini De BoniRodrigo Brambilla

Periódico Tchê QuímicaISSN 1806-0374Divulgação on-line em www.tchequimica.tk

MissãoPublicar artigos de pesquisa científica que versem sobre a Química e ciências afins.

A responsabilidade sobre os artigos é de exclusividade dos autores.

Solicitam-se alterações, quando necessário.

Correspondências e assinaturaswww.tchequimica.tk


MENSAGENS AO LEITOR

RübensamA atividade de comunicação científica,

nas suas diversas formas, para receber respeito eassiduidade daqueles interessa-dos pela ciência,deve apresentar seriedade, imparcialidade e umaenorme persistência sobre as dificuldadesemergentes da disputa do mercado da ciência.Ainda, deve apresentar bom senso e franquezapara escolher a melhor forma de enfrentar taisdificuldades.

Para tanto, a proposta do Tchê QuímicaGroup em apresentar um periódico é de levarinformação científica para todas as classes doconhecimento através de entrevistas, comentá-rios e artigos científicos que versem a respeito dapesquisa desenvolvida em todo o mundo. Isto foipossível devido ao plantel que possui. E, naqualidade de elaborador deste periódico, desde

já, afirmo compromisso de manter os requisitospropostos, me valendo da experiência adquiridana área da Química do meio Ambiente e nasáreas atribuídas aos conhecimentos daMutagenicidade e Antimutagenicidade dassubstâncias sintéticas e naturais, após anos depesquisa científica comprovada em dezenas detrabalhos apresentados em congressos nasvariadas regiões do Brasil.

Prestando proveito deste espaço,gostaria de, desde já, agradecer ao InstitutoBrasileiro de Informações em Ciência eTecnologia (IBICT) por prover o código ISSN(International Standard Serial Number) para onosso periódico de divulgação. Tambémagradeço aos nossos ilustres sócios e aosrenomados cientistas que ofereceram seus

conhecimentos para contribuir para a realizaçãodesta Edição. Informo, por fim, que o Periódico Tchê Químicaestá aberto à recepção de artigos nas áreasQuímicas e afins. A submissão destes deve, noentanto, seguir as conformidades apresentadasna sessão dedicada à proposta de formatação,lembrando que haverá avaliação do seu conteúdoe possíveis argumentações e sugestões para asua melhoria. Poderão haver solicitações dealteração.

Gabriel RübensamBacharel em Química pela FAQ/PUCRS

Pesquisador UFRGS•

De BoniComo membro mais antigo do site,

acredito que posso dizer que foi longo o caminhopercorrido para sair do zero e chegar até aqui.Após quase quatro anos de atividades, sinto queo site está revitalizado e um exemplo disto é arevista que você está lendo. Penso que para ofuturo o site irá crescer ainda mais e isto graçasàs importantes contribuições que temos recebidode químicos de todas as partes e ao trabalho quededicamos a ele.

Quanto à revista, ela é um produtoda equipe do site destinado à atingir o maior nú-mero possível de pessoas com informaçãocientífica de alta qualidade, em especial acomunidade científica brasileira.

Acredito que, indireta-mente,poderemos atingir também as escolas de ensinomédio da rede pública, local em que lecionei pordois anos como professor assistente(estagiário), onde nem sempre há materialdidático disponível. Por isto, meu amigo, caso

você faça uma cópia da nossa revista e não formais utilizá-la realize uma boa ação. Doe a suacópia para uma escola, seja amigo da escola!

Grande abraço e espero que vocêaproveite a leitura.

L. A. B. De Boni.Pesquisador Senior Tchê-Química Group

•

GoldaniHoje em dia, o número de

informações que chegam às nossas mentes ésimplesmente absurdo. Se pararmos para ler,ouvir ou assistir toda notícia, artigo oureportagem que é veiculada diariamente,certamente precisaríamos de um dia comduração superior a 24 horas. Entretanto, mostra-se importante selecionarmos aquilo que real-mente nos interessa, ou seja, cabe a nós deixarde lado tudo aquilo que, de certa forma, em nadaacrescentará às nossas vidas. O objetivo destarevista é este, isto é, apresentar artigos, colunas,entrevistas, etc. selecionadas de modo que você,ao ter contato com a revista, terá um trabalho amenos, ou seja, não necessitará selecionar

nada, pois tudo que ali estiver inserido será, deuma forma ou de outra, interessante e, porquenão, importante em termos de cultura geral eem termos científicos. A partir desta premissa,evidencia-se todo o nosso esforço em levar avocês leitores exemplares cuidadosamenteelaborados e amplamente revisados, demaneira a garantir um material de qualidadeque possa, um dia, ser útil como fonte depesquisa, como conhecimento geral, enfim, quepossa agregar ao seu conhecimento.

Sabendo que não somosperfeitos, adoraríamos saber sua opinião arespeito deste material. Colocamo-nos adisposição para sugestões, críticas, reclama-

ções e, principal-mente, para recebermos algummaterial que você tenha elaborado e queirapublicar neste singelo, mas importante, meio dedivulgação. Desta forma, faça parte de um seletogrupo de estudantes e professores e utilize aTchê-Química para divulgar suas pesquisas.Certamente você não se arrependerá!

Gratos pela atenção, Atenciosamente

Eduado GoldaniLicenciado em Química pela

PUCRS•

BrambillaSer um dos membros fundadores dessa

revista é um grande orgulho para mim. Eu comopesquisador e cientista, sinto-me muito feliz departicipar desse projeto tão promissor que visa àdivulgação do conhecimento científico em umâmbito regional, nacional e mundial.

Neste espaço que me foi concedido, eugostaria de pedir para que os pesquisadores,tanto da área de química como de áreas afins,enviem seus trabalhos científicos para nossa

revista, que possui a filosofia de fazer crescer ocientista junto a ela, pois uma boa revista é feitacom bons trabalhos e é por isso que contamoscom a sua participação.

Em espaços futuros pretendo discutir ofuturo da química como profissão e prestar odevido esclarecimento à sociedade quanto àimportância do profissional da química nomundo em que vivemos, pois durante essesanos que eu venho me dedicando a essa

apaixonante ciência, tenho observado que muitasempresas não possuem uma noção muito clarada importância de contratar profissionais eestagiários das diversas modalidades da química.

Rodrigo BrambillaLicenciado em Química pela

FAQUI/PUCRS.Pesquisador do IQ/UFRGS.

•


ÍNDICEEntrevista / Interveiw

Professor Dr. Lavinel GIonescu

Entrevista sobreastroquimica e astronomia.

Faculdade de Química(PUCRS/ULBRA)

Página 7

Entrevista / InterveiwProfessor Dr. Sebastião J.FormosinhoEntrevista sobre TerapiaFoto-dinâmica (Photody-namic therapy – PDT),uma nova esperança na lutacontra o câncer.

University of Coimbra Chemistry Department Página 10

Artigo / ArticleProfessor Dr. FrankWilczekArtigo sobre CromodinâmicaQuântica.Feshbach Professor ofPhysics (MIT – Massachu-setts Institute of Techno-logy)Página 18

Entrevista / Interveiw Professor Gustavo Piaia Entrevista sobre Educação e

vestibular. Núcleo Educacional / Pré

Vestibular Universitário Página 15

COLUNA EDUARDO GOLDANI: Catalisador automotivo: um grande aliado na diminuição de gasespoluentes. Página 30 (Artigo / Article)

ARTIGOS CIENTÍFICOS:

- GABRIEL RÜBENSAM, ADRIANA BARBOSA, CIBELE BATISTA, DANIELA VEIGA, RODRIGOBRAMBILLA, CLEYDI V. ANDRETTA, TIZIANO DALLA ROSA, “Preparo de Geléia de Maçã: Variáveis ea Qualidade do Produto Final” Página 32. (Artigo / Article)

- GABRIEL RÜBENSAM “Revisão em Geoquímica e Ecotoxicologia dos Metais Chumbo,Cobre, Cromo e Zinco”. Página 37. (Artigo / Article)

AGRADECIMENTOS / THANKS. Página 53.

DIVERSOS Página 54.


ENTREVISTA COM O PROFESSOR LAVINEL G. IONESCU.

Lavinel G. Ionescu é um dos melhores pro-fessores de Química da República Fede-rativa do Brasil. Após ter participado daorganização e fundação de Faculdades deQuímica no Brasil e representado por duasvezes o Brasil na IUPAC (InternationalUnion of Pure and Applied Chemistry),atualmente ministra aulas na PUCRS,ULBRA e, quando convidado, em outrasuniversidades do Brasil inteiro.

1- Professor Lavinel,

como um profissional como o

senhor, que estudou em diversos

países e trabalhou no laboratório

da Universidade de Los Alamos

(EUA), veio ministrar aulas aqui

no Brasil?

Em 1978 aceitei um

convite do Ministro da Educação

e cultura, Eduardo Portela, para

vir ao Brasil e ajudar a montar o

curso de Pós-Graduação em

Físico-Química da Universidade

Federal de Santa Catarina, em

Florianópolis. Os tempos eram

outros, o mundo era outro e o

Brasil era um país diferente.

2- Há quanto tempo o

senhor é professor universitário

em Porto Alegre?

Depois de cinco anos em

Florianópolis, iniciei as minhas

atividades em outros lugares no

sul do Brasil, principalmente na

Escola de Engenharia e no

Instituto de Química da UFRGS,

na PUCRS, ULBRA e, ocasional-

mente, em outras e

universidades como UFSM

(Santa Maria) , UCS(Caxias do

Sul) e FURB em Blumenau.

Lecionei Também em

Manaus, Amazonas.

3- Tendo em vista que o

senhor apresenta palestras sobre

astroquímica, qual é a relação da

astronomia com a química?

A Astronomia é a ciência

mais fundamental, depois da

matemática. A química é também

uma ciência física muito menos

exata que a astronomia. Ela

ocupa, porém, um lugar central

no contexto todo.

Veja a pirâmide do

conhecimento de Auguste

Compte.

3.1: É possível determinar a

temperatura de uma estrela com

uma boa precisão? Como pode

ser feito? E a composição, é pos-

sível determinar?

É possível determinar a

temperatura de cor de estrelas e

também a composição tendo

informações espectroscópicas.

Para a temperatura, utiliza-se a

lei de Wien.

3.2: É possível deter-

minar a composição de corpos

que não emitem luz ou energia

como, por exemplo, no caso dos

asteróides?

Corpos que não emitem

luz são difíceis de analisar. A

determinação da composição

seria possível tendo

amostras.¹

>>


4- Falando em

asteróides,

qual sua

opinião sobre

a afirmação de astrônomos

britânicos que em 21 de março

de 2014, um asteróide pode vir a

colidir com a Terra?¹

Existem muitas especu-

lações sobre "colisões" ou possí-

veis colisões de asteróides com a

Terra. Algumas colisões entre

meteoritos e a terra no passado

parecem bem comprovadas. É o

caso do Meteor Crater, no Ari-

zona, incidente do Rio Tunguska

e, talvez, a formação do golfo do

México e da planície de Panonia

(Hungria).

5- Afirma-se que a proba-

bilidade da colisão do asteróide

com a Terra é de 1 em 909.000.

Esta probabilidade é alta ou

baixa em termos espaciais?¹

Colisões de asteróides

com a Terra são muito impro-

váveis. Lembre-se também que a

atmosfera é o nossa “escudo”

protetor. O que acontece com

relativa freqüência são chuvas de

meteoros e queda de meteoritos.

Em termos astronômicos

esta probabilidade é muito baixa.

6- Quanto aos buracos

negros, o senhor considera

válida a técnica usada para ouvir

o som emitido por eles? Buracos

negros podem mesmo emitir

sons?²

O assunto dos buracos

negros é muito complicado e não

pode ser tratado nos termos

"convencionais”.

7- A pergunta que todos

querem saber: é possível vida

fora da Terra?

Em vários de nossos

trabalhos sobre astroquímica nós

abordamos o tema de vida fora

da Terra. Não existe nenhuma

razão lógica que exclua a vida

em outros lugares da galáxia e

do universo.

No sistema solar, o

planeta mais provável é Marte.

Algumas fotos da NASA, para

alguns, mostram leitos de rios

secos, canais, pirâmides e até

estradas (se quiser acreditar).

Outros lugares possíveis são as

cabeças de cometas (gelo sujo) e

o berçário de estrelas na

nebulosa de Órion.

8- Como é possível saber

a composição de um asteróide,

se ele não emite luz?

Fragmentos de um aste-

róide, quando analisados, indi-

cam a sua composição. O caso

mais comum são os meteoritos.

9- É verdade que exis-

tem açúcares e aminoácidos em

asteróides?

Existem aminoácidos e

açúcares em meteoritos. E tam-

bém muitos outros compostos

orgânicos.

10- Em certos livros de

ficção, ocorre a mineração

espacial, onde um asteróide é

fonte de minério. Isto pode

acontecer? Estamos perto desta

era?

A mineração de ferro na

Terra começou com os mete-

oritos. Em muitos lugares o nome

ferro se refere ao céu. No

Sumério "An Bar", usado para

designar ferro, vem do céu e

fogo. No grego, sideros é o céu.

Quando F. Cortez perguntou para

os Astecas de ontem vinham as

facas, eles apontavam para o

céu. Basta mencionar o Kaaba

de Mecca e outros meteoritos

sagrados.

11- Para a mineração

espacial, os asteróides seriam

trazidos para a órbita da Terra.

Seria possível manobrar um

asteróide com relativa segurança

com a tecnologia de hoje?

A mineração do espaço

interestrelar e de planetas ou

estrelas está, por enquanto, no

domínio da ficção científica.

12- Quando se pergunta

se há vida fora da Terra, as pes-

soas vão logo pensando em

“Klingons” ou homenzinhos ver-

des. O senhor acha que este tipo

de vida é possível, ou teremos

que nos contentar com bactérias >>


e tipos de vida não inteligentes?

Pode existir vida inteli-

gente em outros lugares da Galá-

xia e do Universo. Ela, porém,

não necessariamente precisa ser

igual a nossa. Poderia ser

baseada, por exemplo, no silício,

ao invés do carbono.

13- Seria possível ino-

cular cometas e asteróides com

DNA humano para que, algum

dia, ao colidirem com um

planeta, viessem a realizar uma

espécie de "inseminação

artificial" nestes planetas?

Uma das teorias da

origem extraterrestre da vida é

que os seres vivos (bactérias,

etc) foram introduzidos nos

mares da Terra por asteróides e

meteoritos. Da mesma maneira

o homem poderia introduzir vida

ao espaço interestrelar.

14- Certas pessoas

dizem que a vida veio por um

asteróide que se colidiu com a

Terra e que a vida não se

originou por aqui, isto é, que ela

tenha vindo de fora. Qual sua

opinião sobre isto?

A questão da origem Ter-

restre ou extraterrestre da vida

tange mais a metafísica, religião e

filosofia e, no final, parece virar

uma questão acadêmica.

•

Lavinel G Ionescu, B.S., M.S., Ph.D. Faculdade de Química, PUCRS, Porto Alegre – RS 90619-900D. de Química Centro de Ciências Naturais e Exatas, ULBRA, Canoas – RS 92420-280

(1) Revista Isto É/1771 – 10/09/2003, pág 99.(2) Revista Isto É/1772 – 19/09/2003, pág 87.


Entrevista Tchê-Química com Sebastião J. Formosinho

* ATENÇÃO ** ATENÇÃO * O CONTEÚDO DA ENTREVISTA A SEGUIR ESTA ESCRITO EM PORTUGUÊS DE PORTUGAL * ATENÇÃO ** ATENÇÃO *

Com o objetivo de estreitar os laços com nossos irmãos

Portugueses a Tchê-Química Group obteve uma entrevista com o

Professor Sebastião J. Formosinho, Catedrático da Universidade

de Coimbra.

Trata-se de um professor, cientista e pesquisador altamente

qualificado que, atualmente, realiza pesquisas com a Terapia Foto-

dinâmica e Fluídos Supercríticos, dentre outras atividades.

1-Há quanto tempo osenhor leciona?

Como tirocinante come-

cei a leccionar aulas teórico-

práticas desde 1962, depois já

como assistente desde 1964 na

Univer-sidade de Coimbra e nos

Estudos Gerais de Moçambique.

Interrompi por dois anos para

cumprir o serviço militar entre

1966 e 1968. Realizei o meu

doutoramento entre Setembro de

1968 e Junho de 1971 na Royal

Insti-tution sob a orientação do

Prof. George Porter, Prémio

Nobel da Química. Durante dois

anos do meu doutoramento fui

demons-trator de Química-Física

no University College em

Londres.

2- Há quanto tempo osenhor é professor na Univer-sidade de Coimbra?

Sou Professor Auxiliar na

Universidade de Coimbra desde

Setembro de 1971 e Professor

Catedrático na mesma univer-

sidade desde Julho de 1979. Sou

portanto catedrático há 24 anos.

No âmbito da minha actividade

pedagógica publiquei diversos

manuais universitários, editados

pela Fundação Calouste

Gulbenkian, e no final de 2003,

em colaboração com o Prof. Luís

Arnaut, foi publicado pela

Imprensa da Universidade de

Coimbra um manual intitulado

“Cinética Química” que dá um

desenvolvimento pedagógico à

teoria ISM por nós desenvolvida

em Coimbra.

3- O que é a TerapiaFoto-dinâmica (Photodynamictherapy (PDT))?

A PDT consiste na

utilização de luz para detectar e

curar tumores. Na terapia foto-

dinâmica o paciente é injec-tado

com um fotossensibilizador com

selectividade pelos tecidos das

células tumorais, seguindo-se a

irradiação do tumor. O fotossen-

sibilizador absorve luz e transfere

a sua energia para o oxigénio

molecular, gerando oxigénio-

singuleto (1∆g) que ataca os teci-

dos. O remédio que destrói as

células tumorais é o oxigénio-

singuleto. A detecção do tumor

para efeitos de irradiação proces-

sa-se através da fluorescência

que o fotossensi-bilizador emite.

4- A PDT é uma arte

recente? Há quanto tempo o

senhor pesquisa a PDT?

As propriedades foto-

químicas dos fotossensibiliza-

dores ideais são: i) estabilidade,

pureza e um prazo de validade

longo; ii) coeficiente de absorção

molar elevado na «janela terapê-

utica» (600-1000 nm) para que a

luz penetre através dos tecidos;

transferência de energia eficaz

com formação de oxigénio-singu-

leto com rendimento quântico

elevado. Como o precur-sor do

oxigénio-singuleto é o estado

tripleto T1 do fotossensibilizador,

requer-se que o estado tripleto se

forme com um rendimento

quântico próximo >>


da unidade, que possua uma

energia electrónica pelo menos

20 kJ/mol superior à do oxigénio-

singuleto e ainda que tenha um

tempo de vida longo (> 5

microssegundos). As proprie-

dades biológicas ideais do

fotossensibilizador são: i) baixa

toxicidade no escuro; ii) acumu-

lação selectiva e retenção prolon-

gada nos tecidos tumorais; iii)

fotobranqueamento controlado

para permitir uma maior pene-

tração da luz durante a terapia e

evitar fotossensibilizar a pele.

A PDT começou nos anos

sessenta. As porfirinas têm sido

dos fotossensibilizadores mais

aplicados no campo, como as

Fotofrinas, mas há estudos e

aplicações com clorinas e

bacterioclorinas; as ftalocianinas

também têm sido empregues em

PDT.

Os nossos estudos em

colaboração com o Grupo de

Síntese Orgânica do

Departamento de Química da

Universidade de Coimbra têm

incidido sobre o desenvolvimento

de novas moléculas, com melhor

absorção na janela terapêutica e

um maior rendimento de

formação de tripleto e de

oxigénio-singuleto. Uma tal

colaboração, mais directamente

conduzida pelo Prof. Luís Arnaut

no Grupo de Fotoquímica que

dirijo, remonta ao ano de 1996 e

o primeiro artigo foi publicado

dois anos depois1.

5- Quais são as princi-

pais aplicações deste ramo de

pesquisa?

Tratamento de cancros

de pele e da boca, e ainda de

cancro do pulmão, esófago,

bexiga e de doenças da pele

como a psoríase.

6- Quais são os

benefícios da PDT em relação

aos tratamentos convencionais

contra tumores?

Os tratamentos do

cancro por PDT são eficazes, em

geral, com uma ou duas sessões

de tratamento. Os incon-

venientes estão no custo elevado

e no facto de o paciente ter de

permanecer no escuro cerca de

uma semana, para evitar

reacções de fotossensibilização

da pele.

A grande vantagem do

PDT relativamente à radioterapia

e à quimioterapia provém da

utilização da radiação no

infravermelho e de fármacos

pouco tóxicos, o que reduz

significativamente os efeitos

secundários.

7- A PDT pode ser

utilizada em qualquer tipo de

tumor ou somente para tumores

cutâneos?

A eficácia do tratamento

assenta na possibilidade de fazer

chegar a luz de irradiação junto

ao tumor, e com o uso de fotos-

sensibilizadores com elevados

coeficientes de absorção molar

no infravermelho pode-se usar

luz que penetra profundamente

nos tecidos. Presentemente a

PDT é aplicada a tratamento de

cancros não-superficiais, se bem

que o tratamento seja mais fácil

no cancro da pele.

8- O senhor tem traba-

lhado em conjunto com o Grupo

de Processos e Síntese Orgânica

do Centro de Química de

Coimbra na síntese de meso-

tetra(2-Halophenyl)porphyrines. É

uma característica importante

para o composto ser opticamente

inativo na PDT?

O Grupo de Processos e

Síntese Orgânica do Centro de

Química do Departamento de

Química da Universidade de

Coimbra tem uma longa expe-

riência na síntese de porfirinas e

com estratégias de síntese com

impacto no domínio. A colabo-

ração entre os dois grupos vale-

se desta experiência sintética e

da

nossa nos domínios da foto-

química, com recurso a modelos

teóricos que permitem planear

melhor a investigação a realizar e

recorrer a técnicas cinéticas de

reacções rápidas que o meu

grupo dispõe. A compreensão

dos factores que controlam os

processos de interacçõesfracas

em estados electrónicos exci-

tados, como conversão interna,

conversão interssistemas e >>


transferência de energia, é

benéfica para o design de novos

fotossensibilizadores para a PDT.

Ver, por exemplo, o artigo

indicado2.

Fotossensibilizadores não

opticamente activos são úteis

porque atenuam reacções de

fotossensibilização da pele.

9- Compostos

opticamente activos podem trazer

algum tipo de problema ou

benefício na Terapia?

Para além de evitar ou

atenuar reacções indesejáveis

pós-tratamento, a inactividade

óptica do fotossensibilizador é

vantajosa porque confere uma

maior universalidade a este tipo

de tratamento. O remédio vem do

oxigénio-singuleto e dispomos de

boas teorias para nos ajudarem a

controlar a sua formação.

10- Quanto à sua pes-

quisa sobre fluídos supercríticos,

que avanços já foram feitos neste

área?

Poderia parecer dema-

siado ingénuo desenvolver um

programa científico para estimar

as constantes cinéticas, k, de

reacções elementares em termos

das propriedades de reagentes, e

produtos e partir deles construir

as propriedades do estado de

transição. Mas foi um programa

que foi desenvolvido com êxito

entre 1985 e 2003 e culminou

com a publicação de um artigo

sobre o modelo ISM (interaction-

and intersection-state model)

para quebra e formação de

ligações. O artigo apresenta

cálculos de k em cerca de cem

reacções elementares incluindo

sistemas poliatómicos, em

acordo com os dados

experimentais dentro de uma

ordem de grandeza3. Os factores

relevantes são: i) energia de

reacção; ii) comprimentos de

equilíbrio das ligações reactivas

nos reagentes e produtos; iii)

curvas de energia potencial das

ligações reactivas em reagentes

e produtos; iv) ordem de ligação

no estado de transição medida

pelo parâmetro de

electrofilicidade de Parr.

Na sua formulação de

interacção, ISM foi aplicado ao

estudo de reacções de transfe-

rência de electrões4. As conclu-

sões mais relevantes vão contra

a visão que a Teoria de Marcus

clássica (TM) proporcionou para

o campo e que é incorporada nos

modelos quânticos. A TM estima

por excesso a reorganização do

solvente e estima por defeito a

reorganização interna. Há pois

uma compensação de efeitos que

dá conta dos êxitos da teoria na

estimativa de constantes ciné-

ticas, mormente em «reacções

de troca» (atérmicas) em

complexos de metais de

transição; quando tais efeitos se

não compensam surgem

anomalias graves, em

desacordos com dados cinéticos

experimentais por várias ordens

de grandeza como na reacção Co

(OH2)63+/2+. A TM previu a

existência de uma «região inver-

tida» quando se estuda a veloci-

dade de transferência electrónica

em famílias de reacções: as

constantes cinéticas, k, aumen-

tam quando a energia de reacção

baixa, ∆G0, passam por um

máximo e depois diminuem. Mas

existem regimes, como o de

Rehm-Weller, em que se atinge

um patamar controlado por

difusão.

ISM também calcula

constantes cinéticas em bom

acordo com os dados

experimentais e sem as

anomalias da TM. As barreiras de

energia são devidas a uma

reorganização interna em que as

ligações reactivas das espécies

oxidada e reduzida atingem uma

configuração comum na qual o

electrão pode transitar de um

modo isoenergético entre as duas

formas. Mais, ISM prevê a

existência de um conjunto mais

rico de padrões de reactividade,

com duas regiões invertidas, o

regime de Rehm-Weller e uma

«dupla região invertida». Esta

variedade de regimes depende

do acoplamento entre os

reagentes e o meio do solvente.

Foi com o objectivo de observar a

«dupla região invertida» em

reacções >>


ultra-exotérmicas (∆G0= −80

kcal/mol) de transferência reversa

de electrões em pares iónicos

que procurámos novos meios de

reactividade como o dióxido de

carbono em condições super-

críticas, CO2sc.

A vantagem deste meio é

que com um aumento de pressão

de 74 bar a 300 bar a 35 °C é

possível aumentar a densidade

do solvente CO2sc por um factor

de 3,6 vezes. Nestas condições

observámos a «dupla região

invertida» e o correspondente

artigo está a ser ultimado para

publicação.

11- O Senhor já utiliza o

CO2 para fazer a extração de

algum produto?

Os nossos objectivos são

mais de investigação funda-

mental, o que não excluiu a

utilização de CO2sc como meio de

reacção para a obtenção de

novos produtos ou novas

estratégias de síntese mais

amigas do ambiente.

12- Este tipo de extração

tem-se mostrado economica-

mente viável?

A possível relevância

económica de tais estudos ainda

se encontra longe de um

horizonte temporal previsível. O

facto de a natureza do solvente

poder aumentar as energias de

reorganização na transferência

de electrão e a eficiência de

separação de carga pode mos-

trar-se relevante para a cons-

trução de células solares de

maior eficiência ou no design de

equipamentos de electrónica

molecular.

13- Quanto aos ambien-

talistas, eles podem ter alguma

razão quando argumentam que

o CO2 é um poluente da

atmosfera?

As temperaturas médias

do ar aumentaram cerca de 1 °C

desde meados do século XIX; o

recorde foi alcançado em 1998.

A actividade solar deverá ser

responsável, em larga medida

por um tal aumento, mas dado

que o dióxido de carbono

contribui em cerca de 64% para o

efeito de estufa seria prudente

evitar o seu aumento ou mesmo

reduzir o contributo proveniente

de muitas actividades humanas

que o geram: actividades

industriais, transportes.

A utilização de CO2sc nas

nossas investigações e a sua

eventual aplicação industrial não

é, porém, um factor de agrava-

mento do impacto ambiental do

dióxido de carbono. O gás utili-

zado é um produto secundário de

actividades industriais já existen-

tes. Em vez de ser libertado para

a atmosfera nessas actividades, o

gás é recolhido, armazenado e

depois utilizado em substituição

de solventes orgânicos. Assim,

uma nova utilização do CO2sc

corresponde a uma reciclagem do

dióxido de carbono, à qual se

acrescenta a redução do impacto

ambiental dos solventes orgâni-

cos, alguns deles halogenados.

•


FOTO DO GRUPO DE PESQUISA DO PROFESSOR S. J. FORMOSINHO. FOTO DO GRUPO DE PESQUISA DO PROFESSOR S. J. FORMOSINHO.

Professor S. J. Formosinho, está localizado no centro da imagem.

Sebastião J. Formosinho University of CoimbraChemistry Department3049 CoimbraPORTUGALe-mail: <[email protected]>Home page: <http://www.qui.uc.pt/Pessoais/SebastiaoFormosinho/index.htm>

Referências

1 M. Pineiro, A. L. Carvalho, M. M. Pereira, A. M. d.A. Rocha Gonsalves, L. G. Arnaut, S.J.Formosinho, “Photoacoustic Measurements of Porphyrin Triplet State Quantum Yields and Singlet OxygenEfficiencies”, Chem. Eur. J., 4, 2299-2307 (1998).

2 M. E. G. Azenha, A. C. Serra, M. Pineiro, M. M. Pereira, J. Seixas de Melo, L. G. Arnaut, S. J.Formosinho, A. M .d.A. Rocha Gonsalves, “Heavy-atom Effects on Metalloporphyrin and polyhalogenatedporphyrins”, Chem. Phys., 280, 177-190 (2002).

3 L. G. Arnaut, Alberto A. C. C. Pais, S. J. Formosinho, M. Barroso, “Absolute Rate Calculations forAtom Abstractions by Radicals. Energetic, Structural and Electronic Factors”, J. Am. Chem. Soc., 125,5236-5246 (2003).

4 S. J. Formosinho, L.G. Arnaut, R. Fausto, “A Critical Assessment of Classical and Semi-classicalModels for Electron Transfer Reactions in Solution”, Prog. React. Kinetics, 23, 1-90 (1998).


Entrevista com o Professor Gustavo Piaia.

Professor Gustavo Piaia, um grande educador queo associa à tecnologiade ponta à educação no Sul do Brasil. Concedeu uma entrevista a Tchê-Química Group, abordando assuntos como educação, escolas públicas eparticulares, futuro da educação e cursos pré-vestibulares.

1- Professor Piaia, há

quanto tempo você está envolvido

no ramo de educação?

Estou envolvido com edu-

cação há 7 anos.

2- Há quanto tempo você

é diretor de um curso pré-vesti-

bular?

Na realidade, não ocupo

cargo de direção, mas sou um dos

sócios da empresa há 3 anos.

3- Com a sua experiência

de mercado, como você observa

o aluno que estudou numa escola

particular e o aluno que estudou

em um escola pública? Há

alguma diferença entre eles?

O aluno que estudou em

escola particular leva vantagem

em relação ao aluno oriundo de

escola pública, pela facilidade ao

acesso a informação, materiais

didáticos atualizados, mais

cobranças, não só por parte da

escola, mas também por parte da

família (de um modo geral). Mas

não vejo diferença entre os

alunos, pois todos têm a mesma

capacidade. O aluno de escola

pública só precisa se dar conta

que se ele se esforçar, correr

atrás dos seus objetivos, irá

conseguir tanto quanto o aluno da

escola particular.

4- Analisando todo o

período que você vem traba-

lhando com alunos de diversas

localidades, pode ser notada uma

progressão ou regressão nas

competências e habilidades que

os alunos deveriam ter, de acordo

com os parâmetros do MEC?

Com certeza há uma

regressão. Às vezes os alunos

chegam ao pré-vestibular como se

nunca tivessem freqüentado uma

escola na vida, é impressionante.

Há uma boa parcela de alunos

onde são visíveis a falta de

informação, conteúdo, leitura e,

inclusive, a falta de educação.

5- Quais são as suas

perspectivas para o futuro da

educação no âmbito regional?

Acredito que se não hou-

verem mudanças, estaremos

migrando para uma sociedade

desinformada, sem capacidade de

analisar os fatos, ou até mesmo

interpretar os fatos. Não gosto

dessa idéia de que o aluno não

pode ser reprovado... isso permite

que boa parte daqueles que não

têm condições de trocar de nível

avancem e nunca mais

preencham as lacunas do seu

desenvolvimento cognitivo. A soci-

edade está perdendo a capaci-

dade de pensar e, com isso, se

tornando manipulável.

6- Com relação aos

conteúdos de química apresen-

tados, os alunos estão, de modo

geral, sendo bem instruídos no

ensino médio?

Ainda existem muitos

problemas com o conteúdo. Os

professores precisam se dar conta

de que não adianta tentar explicar

química quântica para alunos da

1. série...

7- Na sua opinião, anali-

sando o preparo dos alunos que

freqüentam seu curso, em que

tipo de instituição (pública ou

privada) é verificado um melhor

aproveitamento?

Os meus melhores alunos

vêm de escolas particulares (infe-

lizmente).

8- Quais são as regiões

do estado que você considera >>


como sendo as mais

desenvolvidas no âmbito do

ensino de química?

Seria injusto opinar a esse

respeito por não ter conhecimento

sobre o ensino de química em

diversas localidades do estado.

9- Quanto ao concurso

vestibular, o que você espera para

a prova de Química da UFRGS

neste ano?

Espero uma prova mais

seletiva e mais preocupada em

não deixar os conceitos impor-

tantes da ciência de lado ou com

interpretação incorreta. A prova

tem que apresentar um certo nível

de dificuldade que seja suficiente

para classificar o aluno mais

preparado.

10 – Na sua opinião, qual

a melhor forma de preparo para

um aluno em um concurso

vestibular? Você acredita que seja

necessária uma dedicação espe-

cial ao longo de todo o ano, ou

basta dar uma “estudadinha”

alguns dias antes da prova?

Vestibular é uma

preparação longa. Não se estuda

de última hora. Dependendo do

curso, a preparação leva 2 ou 3

anos, e a dedicação tem que ser

total, porém equilibrada, sem

exageros. Vale a pena se dedicar,

os resultados aparecem no futuro,

basta acreditar.

11- Qual a importância

do curso pré-vestibular para o

aluno?

Depende do aluno. Tem

gente que vai para lá pensando

que vai se divertir, mas está

enganado. O pré-vestibular hoje

tenta fazer um milagre: fazer o

aluno aprender tudo aquilo que

ele já deveria saber e ainda

revisar todo o conteúdo em um

ano.

12- De que maneira a

infraestrutura que o seu curso

apresenta tem ajudado os alunos

a alcançarem os objetivos?

Os alunos dos meus

grupos de estudo são submetidos

a um estudo profundo de

química, pautado na resolução de

exercícios de todos os tipos e em

grande quantidade. Através dos

recursos multimídia, a gente

consegue "abrir" a mente dos

alunos, fazendo-os enxergar

melhor o mundo, muitas vezes

pelo simples fato de fazer ele se

dar conta de que no mundo e na

natureza, o que vemos está em

3D. E isso já é uma diferença

imensa. Trabalhamos de forma

muito séria, preocupados com o

desempenho dos alunos, mas

respeitando as individualidades e

as potencialidades de cada um.

Nosso trabalho tem tido um

grande sucesso, pois os

resultados têm sido muito

animadores.

13- Quando o aluno está

se preparando para o vestibular, o

que você considera mais eficiente:

o aluno estudar na sua casa, de

maneira organizada (com acesso

à Internet, livros e revistas) e sem

interrupções e distrações, ou de

um curso pré-vestibular hipotético,

que não ofereça uma infraes-

trutura adequada à aprendiza-

gem?

Depende do tipo de aluno.

O ideal é oferecer um leque de

oportunidades para que ele se

enquadre em um modelo que

achar mais conveniente ou mais

agradável. Eu, por exemplo,

sempre fui um aluno que rendeu

mais em casa, rodeado de livros.

Mas há alunos que precisam

assistir aulas, copiar conteúdo

etc...

14- Sem comparar o seu

curso pré-vestibular com os

demais, quais aspectos que você

destacaria que podem ser deter-

minantes para a aprendizagem do

aluno.

O número reduzido de

alunos (máximo 16 por turma), os

recursos multimídia e o material

didático.

•


Sala de aula do Núcleo Educacional

Professor Gustavo [email protected] www.piaia.com

Goes Vidros EspeciaisSoldado José da Silva 611, CEP: 91530-630

Porto Alegre-RSFone: 3336-6044 3339-0680

[email protected]


The Origin of MassFrank Wilczek

Everyday work at the frontiers of modern physics usually

involves complex concepts and extreme conditions. We speak of

quantum fields, entanglement, or supersymmetry, and analyze the

ridiculously small or conceptualize the incomprehensibly large. Just

as Willie Sutton famously explained that he robbed banks because

“that’s where the money is,” so we do these things because “that’s

where the Unknown is.” It is an amazing and delightful fact, however,

that occasionally this sophisticated work gives answers to childlike questions about

familiar things. Here I’d like to describe how myown work on subnuclear forces, the world

of quarks and gluons, casts brilliant new light on one such child-like question: What is the

origin of mass?

Has Mass an Origin?That a question makes grammatical sense does not guarantee that it

is answerable, or even coherent. The concept of mass is one of the first things we discuss in my

freshman mechanics class. Classical mechanics is, literally, unthinkablewithout it. Newton’s second law of motion says that the acceleration of a bodyis given by dividing the force acting upon it by its mass. So a bodywithoutmass wouldn’t know how to move, because you’d be dividing by zero. Also, inNewton’s law of gravity, the mass of an object governs the strength of theforce it exerts. One cannot build up an object that gravitates, out of materialthat does not, so you can’t get rid of mass without getting rid of gravity.Finally, the most basic feature of mass in classical mechanics is that it isconserved. For example, when you bring together two bodies, the total massis just the sum of the individual masses. This assumption is so deeplyingrained that it was not even explicitly formulated as a law. (Though I teach itas Newton’s Zeroth Law.) Altogether, in the Newtonian framework it is difficultto imagine what would constitute an “origin of mass,’’ or even what thisphrase could possibly mean. In that framework mass just is what it is—aprimary concept.

Later developments in physics make the concept of mass seem lessirreducible. Einstein’s famous equation E=mc² of special relativity theory,written in that way, betrays the prejudice that we should express energy interms of mass. But we can write the same equation in the alternative formm=E/c². When expressed in this form, it suggests the possibility of explainingmass in terms of energy. Einstein was aware of this possibility from thebeginning. Indeed, his original 1905 paper is entitled, “Does the Inertia of aBody Depend on Its Energy Content?”and it derives m=E/c² not E=mc².Einstein was thinking about fundamental physics, not bombs.


QED and QCD in Pictures(FIGURES 1A, 1B, 1C, AND 1D)The physical content of quantum

electrodynamics (QED) is summarized in thealgorithm that associates a probability

amplitude with each of its Feynman graphs,depicting a possible process in space-time.The Feynman graphs are constructed bylinking together hubs,more conventionallycalled interaction vertices, of the form shown in1a.The solid line depicts the world-line of anelectrically charged particle, and the squigglyline straddles the world-line of a photon. Byconnecting hubs together we can describephysical processes such as the interactionbetween electrons, as shown in 1b. Quantumchromodynamics (QCD) can be summarizedsimilarly, but with a more elaborate set ofingredients and hubs.

There are three kinds of charges,called colors. Quarks resemble electrons intheir mechanical properties (technically, theyare spin-1• 2 fermions), but their interactionsare quite different, because they carry a unit ofcolor charge.Quarks come in several flavors—u,d, s, c,b, and t—so we have u u u d d d andso forth. Only u and d,which have very smallmasses, are important in ordinary matter.Theothers are heavy and unstable. Gluonsresemble photons in their mechanicalproperties (technically, they are massless spin-1 bosons), but their interactions are quitedifferent.There are eight different types ofcolor gluons,which respond to and change thecolor charges of quarks they interact with. Atypical hub for a quark-gluon interaction isshown in 1c, along with a hub for gluon-gluoninteraction.The latter has no analog in QED,because the photon carries no electric charge.Asymptotic freedom, and all the drasticdifferences between how particles with andwithout color charges are observed to behave,ultimately arise from these new gluon-gluoninteractions. In principle we can try to useFeynman diagrams to calculate the quark-quark interaction, as shown in 1d. But unlike inQED, in QCD contributions from graphs

containing many hubs are not small, and this method isimpractical.

At modern particle accelerators, comes tolife. For example, in the Large Electron Positron

collider (LEP), at theCERN laboratory nearGeneva, beams ofelectrons and antielectrons(positrons) wereaccelerated to enormousenergies.

Powerful, speciallydesigned magnetscontrolled the paths of the

particles, and causedthem to circulate in opposite directions around abig storage ring. The paths of these beamsintersected at a few interaction regions, wherecollisions could occur. [After more than a decadeof fruitful operation, in which MIT scientistsplayed a leading role, the LEP machine wasdismantled in 2000. It is making way for theLarge Hadron Collider (LHC), which will use thesame tunnel. LHC will collide protons instead ofelectrons, and will operate at much higherenergy. Hence the past tense.] When a collisionbetween a high-energy electron and a high-energy positron occurs, we often observe thatmanyparticles emerge from the event. [SeeFigures 2a and 2b on page 29.] The total massof these particles can be thousands of times themass of the original electron and positron. Thusmass has been created, physically, from energy.


What Matters for Matter

Having convinced ourselves that the question of the origin of mass mightmake sense, let us now come to grips with it, in the very concrete form that it takesfor ordinary matter.

Ordinary matter is made from atoms. The mass of atoms is overwhelminglyconcentrated in their nuclei. The surrounding electrons are of course crucial fordiscussing how atoms interact with each other— and thus for chemistry, biology, andelectronics. But they provide less than a part in a thousand of the mass!

Nuclei, which provide the lion’s share of mass, are assembled from protonsand neutrons. All this is a familiar, well-established story, dating back seventy yearsor more.

Newer and perhaps less familiar, but by now no less well-established, is thenext step: protons and neutrons are made from quarks and gluons. So most of themass of matter can be traced, ultimately, back to quarks and gluons.

QCD: What It Is

The theoryof quarks and gluons is called quantum chromodynamics, or QCD.QCD is a generalization of quantum electrodynamics (QED). For a nice descriptionof quantum electrodynamics, written by an MIT grad who made good, I highlyrecommend QED: The Strange Theory of Electrons and Light, byRichard Feynman.

The basic concept of QED is the response of photons to electric charge.Figure 1a shows a space-time picture of this core process. Figure 1b shows how itcan be used to describe the effect of one electric charge on another, throughexchange of a “virtual” photon. [A virtual photon is simply one that gets emitted andabsorbed without ever having a significant life of its own. So it is not a particle youcan observe directly, but it can have effects on things you do observe.] In otherwords, Figure 1b describes electric and magnetic forces!

Pictures like these, called Feynman diagrams, may look like childishscribbles, but their naïve appearance is misleading. Feynman diagrams areassociated with definite mathematical rules that specify how likely it is for theprocess they depict to occur. The rules for complicated processes, perhaps involvingmany real and virtual charged particles and many real and virtual photons, are builtup in a completely specific and definite way from the core process. It is like makingconstructions with TinkerToys®. The particles are different kind of sticks you canuse, and the core process provides the hubs that join them. Given these elements,the rules for construction are completely determined. In this way all the contentofMaxwell’s equations for radio waves and light, Schrödinger’s equation for atoms andchemistry, and Dirac’s more refined version including spin— all this, and more, isfaithfully encoded in the squiggle [Figure 1a].

At this most primitive level QCD is a lot like QED, but bigger. The diagrams look similar, and the rules for evaluating them are similar, but there are more kindsof sticks and hubs. More precisely, while there is just one kind of charge in QED—namely, electric charge— QCD has three different kinds of charge. They are calledcolors, for no good reason. We could label them red, white, and blue;


or alternatively, if we want to make drawing easier, and to avoid the colors of theFrench flag, we can use red, green, and blue.

Every quark has one unit of one of the color charges. In addition, quarkscome in different “flavors.”The onlyones that play a role in ordinary matter are twoflavors called u and d, for up and down. [Of course, quark “flavors” have nothing todo with how anything tastes. And, these names for u and d don’t imply that there’sany real connection between flavors and directions. Don’t blame me; when I getthe chance, I give particles dignified scientific-sounding names like axion andanyon.]

There are u quarks with a unit of red charge, d quarks with a unit of greencharge, and so forth, for six different possibilities altogether. And instead of onephoton that responds to electric charge, QCD has eight color gluons that caneither respond to different color charges or change one into another.

So there is quite a large varietyof sticks, and there are also many differentkinds of hubs that connect them. It seems like things could get terriblycomplicated and messy. And so theywould, were it not for the overwhelmingsymmetryof the theory.

If you interchange red with blue everywhere, for example, you must still getthe same rules. The more complete symmetry allows you to mix the colorscontinuously, forming blends, and the rules must come out the same for blends asfor pure colors. I won’t be able to do justice to the mathematics here, of course.But the final result is noteworthy, and easy to convey: there is one and only oneway to assign rules to all the possible hubs so that the theory comes out fullysymmetric. Intricate it may be, but messy it is not!

With these understandings, QCD is faithfully encoded in squiggles likeFigure 1c, and the force between quarks emerges from squiggles like Figure 1d.We have definite rules to predict how quarks and gluons behave and interact. Thecalculations involved in describing specific processes, like the organization ofquarks and gluons into protons, can be very difficult to carry through, but there isno ambiguity about the outcome. The theory is either right or wrong— there’snowhere to hide.

How We Know It’s RightExperiment is the ultimate arbiter of scientific truth. There are many

experiments that test the basic principles of QCD. Most of them require rathersophisticated analysis, basically because we don’t get to see the underlyingsimple stuff, the individual quarks and gluons, directly. But there is one kind ofexperiment that comes very close to doing this, and that is what I’d like to explainto you now.

I’ll be discussing what was observed at LEP. But before entering intodetails, I’d like to review a fundamental point about quantum mechanics, which isnecessary background for making any sense at all of what happens. According tothe principles of quantum mechanics, the result of an individual collision isunpredictable. We can, and do, control the energies and spins of the electronsand positrons precisely, so that precisely the same kind of collision occursrepeatedly;nevertheless, different results emerge. By making many repetitions, wecan determine the probabilities for different outcomes. These probabilities encodebasic information about the underlying fundamental interactions; according toquantum mechanics, they contain all the meaningful information.


When we examine the results of collisions at LEP, we findthere are two broad classes of outcomes. Each happens about halfthe time.

In one class, the final state consists of a particle and itsantiparticle moving rapidly in opposite directions. These could be anelectron and an antielectron (e• e+), a muon and an antimuon (• •

• +), or a tau and an antitau (•• •+),The little superscripts denotesigns of their electric charges, which are all of the same absolutemagnitude. These particles, collectively called leptons, are all closelysimilar in their properties.

Leptons do not carry color charges, so their main interactionsare with photons, and thus their behavior should be governed by therules of QED. This is reflected, first of all, in the simplicityof their finalstates. Once produced, any of these particles could— in thelanguage of Feynman diagrams— attach a photon using a QED hub,or alternatively, in physical terms, radiate a photon. The basiccoupling of photons to a unit charge is fairly weak, however.Therefore each attachment is predicted to decrease the probabilityof the process being described, and so the most usual case is noattachment.

In fact, the final state e• e+• , including a photon, does occur,with about 1% of the rate of simply e• e+ (and similarly for the otherleptons). By studying the

Figures 2a and 2b:Real JetsThese are pictures of theresults of electron-positroncollisions at LEP, taken by theL3 collaboration led byProfessors Ting,Becker,and Fisher.Thealignment of energeticparticles in jets is visible tothe naked eye.Figures 2c and 2d:Conceptual Jets Thesediagrams represent ourconceptual model of the deepstructure beneath jetproduction as it isobserved.Electrons andpositrons annihilate into“pure energy”(a virtual photon,actually),which materializes into aquark-antiquark pair.The quark and antiquarkusually dress themselves withsoft radiation,as described inthe text,and we observe a two-jet event.About 10% of thetime,however,a hard gluon isradiated.Thenquark,antiquark, and gluonall dress themselves with softradiation,and we see threejets.Figures 2c and 2d havebeen drawn to parallel thegeometry of the observationsshown inFigures 2a and 2b.(N.B. Tokeep things simple,I have nottried to maintain the full colorscheme from Figure 1.)


details of these 3-particle events, such as the probability for the photon to be emittedin different directions (the “antenna pattern”) and with different energy, we can checkall aspects of our hypothesis for the underlying hub. This provides a wonderfullydirect and incisive way to check the soundness of the basic conceptual buildingblock from which we construct QED. We can then go on to address the extremelyrare cases (.01%) where two photons get radiated, and so forth.

For future reference, let’s call this first class of outcomes “QED events.”The other broad class of outcomes contains an entirely different class of

particles, and is in manyways far more complicated. In these events the final statetypically contains ten or more particles, selected from a menu of pions, rho mesons,protons and antiprotons, and many more. These are all particles that in othercircumstances interact stronglywith one another, and they are all constructed fromquarks and gluons. Here, they make a smorgasbord of Greek and Latin alphabetsoup. It’s such a mess that physicists have pretty much given up on trying todescribe all the possibilities and their probabilities in detail.

“It’s such a mess thatphysicists have pretty much

given up on trying to describeall the possibilities and their

probabilities in detail.”Fortunately, however, some simple patterns emerge if we change our focus

from the individual particles to the overall flow of energy and momentum.Most of the time— in about 90%of the cases— the particles emerge all moving

in either one of two possible directions, opposite to one another. We say there areback-to-back jets. (Here, for once, the scientific jargon is both vivid and appropriate.)About 9% of the time, we find flows in three directions; about .9% of the time, fourdirections; and by then we’re left with a very small remainder of complicated eventsthat are hard to analyze this way.

I’ll call the second broad class of outcomes “QCD events.” Representative 2-jet and 3-jet QCD events, as they are actually observed, are displayed in Figure 2.Now if you squint a little, you will find that the QED events and the QCD eventsbegin to look quite similar. Indeed, the pattern of energy flow is qualitatively thesame in both cases, that is, heavily concentrated in a few narrow jets. There are twomain differences. One, relatively trivial, is that multiple jets are more common inQCD than in QED. The other is much more profound. It is that, of course, in theQED events the jets are just single particles, while in the QCD events the jets aresprays of several particles.

In 1973, while I was a graduate student working with David Gross atPrinceton, I discovered the explanation of these phenomena. We took the attitudethat the deep similarities between the observed basic behaviors of leptons (based onQED) and the strongly interacting particles might indicate that the strongly interactingparticles are also ultimately described by a simple, rule-based theory, with sticks andhubs. In other words, we squinted.

To bring our simplified picture of the QCD events into harmonywith theobservations, we relied on a theoretical discovery I’ll describe momentarily, which wechristened asymptotic freedom. (Please notice that our term is not “cute.”) Actually, our discovery of asymptotic freedom preceded these specific experiments, so wewere able to predict the results of these experiments before theywere performed.


As a historical matter, we discovered QCD and asymptotic freedom by trying to come to terms with the MIT-SLAC “scaling” experiments done at the Stanford LinearCollider in the late 1960s, for which Jerome Friedman, Henry Kendall, and Richard Taylorwon the Nobel Prize in 1990. Since our analysis of the scaling experiments using QCDwas (necessarily) more complicated and indirect, I’ve chosen to focus here on the later,but simpler to understand, experiments involving jets.

The basic concept of asymptotic freedom is that the probability for a fastmovingquark or gluon to radiate away some of its energy in the form of other quarks and gluonsdepends on whether this radiation is “hard”or “soft”. Hard radiation is radiation thatinvolves a substantial deflection of the particle doing the radiating, while soft radiation isradiation that does not cause such a deflection. Thus hard radiation changes the flow ofenergy and momentum, while soft radiation merely distributes it among additionalparticles, all moving together. Asymptotic freedom says that hard radiation is rare, butsoft radiation is common.

This distinction explains whyon the one hand there are jets, and on the other handwhy the jets are not single particles. A QCD event begins as the materialization of quarkand antiquark, similar to how a QED event begins as the materialization of lepton-antilepton. They usually give us two jets, aligned along the original directions of the quarkand antiquark, because only hard radiation can change the overall flow of energy andmomentum signifi-cantly, and asymptotic freedom tells us hard radiation is rare.

When a hard radiation does occur, we have an extra jet! But we don’t see theoriginal quarks or antiquarks, individually, because they are always accompanied by theirsoft radiation, which is common.

“Just as for QED, such antennapatterns provide a wonderfully

direct and incisive way to checkthe soundness of the basic

conceptual building blocks fromwhich we construct QCD.”

By studying the antenna patterns of the multi-jet QCD events we can check allaspects of our hypotheses for the underlying hubs. Just as for QED, such antennapatterns provide a wonderfully direct and incisive way to check the soundness of thebasic conceptual building blocks from which we construct QCD.

Through analysis of this and many other applications, physicists have acquiredcomplete confidence in the fundamental correctness of QCD. By now experimenters useit routinely to design experiments searching for new phenomena, and they refer to whatthey’re doing as “calculating backgrounds” rather than “testing QCD”!

Manychallenges remain, however, to make full use of the theory. The difficulty isalways with the soft radiation. Such radiation is emitted very easily, and that makes itdifficult to keep track of. You get a vast number of Feynman graphs, each with manyattachments, and they get more and more difficult to enumerate, let alone calculate.That’s very unfortunate, because when we try to assemble a proton from quarks andgluons none of them can be moving very fast for very long (they’re supposed to be insidethe proton, after all), so all their interactions involve soft radiation.


Its from Bits (FIGURE 3)

This plot, taken from theCP-PACS collaboration,shows acomparison between thepredictions of QCD and themasses of particles.Thegreen level lines indicateobserved values of particlemasses, while the circleswithin intervals indicate

computational results andtheir statisticaluncertainties.The Kmeson is the left-most entry,while the proton and neutronare N.The calculationsemploy cutting-edgecomputer technology withmassive parallelism, andeven then someapproximationsmust be introduced to makethe computationsfeasible.These results are aremarkable embodiment ofthe vision thatelements ofreality can be reproduced bypurely conceptualconstructions—“Its fromBits”—because theunderlying theory, based onprofoundly symmetricalequations, contains very fewadjustable parameters.

To meet this challenge, a radically different strategy is required.Instead of calculating the paths of quarks and gluons through spaceand time, using Feynman graphs, we let each segment of space-timekeep track of how manyquarks and gluons it contains. We then treatthese segments as an assembly of interacting subsystems.

Actually in this context “we” means a collection of hard-workingCPUs. Skillfullyorchestrated, and working full time at teraflop speeds,

they manage to produce quite agood account of the masses ofprotons and other stronglyinteracting particles, as you can seefrom Figure 3.

The equations of QCD, whichwe discovered and proved from verydifferent considerations, survive thisextremely intense usage quite well.There’s a big worldwide effort, at thefrontiers of computer technologyand human ingenuity, to docalculations like this moreaccurately, and to calculate morethings.

The Ingredients of QCD, Lite andFull-BodiedWith the answer in hand, let’s

examine what we’ve got. For our purposes it’s instructive to comparetwo versions of QCD, an idealized version I call QCD Lite, and therealistic Full-Bodied version. QCD Lite is cooked up from masslessgluons, massless u and d quarks, and nothing else. (Now you canfully appreciate the wit of the name.) If we use this idealization as thebasis for our calculation, we get the proton mass low by about 10%.

Full-Bodied QCD differs from QCD Lite in two ways. First, itcontains four additional flavors of quarks. These do not appeardirectly in the proton, but they do have some effect as virtual particles.Second, it allows for non-zero masses of the u and d quarks.

The realistic value of these masses, though, turns out to besmall, just a few percent of the proton mass. Each of thesecorrections changes the predicted mass of the proton by about 5%, aswe pass from QCD Lite to Full-Bodied QCD. So we find that 90% ofthe proton (and neutron) mass, and therefore 90% of the mass ofordinary matter, emerges from an idealized theory whose ingredientsare entirely massless.

The Origin of (most) MassNow I’ve shown you the theory that describes quarks and

gluons, and therefore has to account for most of the mass of matter.I’ve described some of the experiments that confirm the theory.


And I’ve displayed successful calculations of hadron masses, including the masses ofprotons and neutrons, using this theory.

In a sense, these calculations settle the question. They tell us the origin of(most) mass. But simply having a computer spit out the answer, after gigantic andtotallyopaque calculations, does not satisfyour hunger for understanding. It isparticularly unsatisfactory in the present case, because the answer appears to bemiraculous.

The computers construct for us massive particles using building blocks— quarksand gluons— that are themselves massless. The equations of QCD Lite output Masswithout Mass, which sounds suspiciously like Something for Nothing. How did ithappen?

The key, again, is asymptotic freedom. Previously, I discussed thisphenomenon in terms of hard and soft radiation. Hard radiation is rare, soft radiation iscommon. There’s another wayof looking at it, mathematically equivalent, that is usefulhere. From the classical equations of QCD, one would expect a force field betweenquarks that falls off as the square of the distance, as in ordinary electromagnetism(Coulomb’s law). Its enhanced coupling to soft radiation, however, means that whenquantum mechanics is taken into account a “bare” color charge, inserted into emptyspace, will start to surround itself with a cloud of virtual color gluons.

These color gluons fields themselves carry color charge, so they are sources ofadditional soft radiation. The result is a self-catalyzing enhancement that leads torunaway growth. A small color charge, in isolation, builds up a big color thundercloud.

“But simply having a computerspit out the answer, after

gigantic and totally opaquecalculations, does not satisfy

our hunger for understanding.”

All this structure costs energy, and theoretically the energy for a quark in isolationis infinite. That’s whywe never see individual quarks. Having only a finite amount ofenergy to work with, Nature always finds a way to short-circuit the ultimatethundercloud.

One way is to bring in an antiquark. If the antiquark could be placed right on topof the quark, their color charges would exactly cancel, and the thundercloud wouldnever get started. There’s also another more subtle way to cancel the color charge bybringing together three quarks, one of each color.

In practice these exact cancellations can’t quite happen, however, becausethere’s a competing effect. Quarks obey the rules of quantum mechanics. It is wrong tothink of them simply as tiny particles, rather they are quantum-mechanical wavicles.

They are subject, in particular, to Heisenberg’s uncertainty principle, whichimplies that if you try to pin down their position too precisely, their momentum will bewildly uncertain. To support the possibility of large momentum, they must acquire largeenergy. In other words, it takes work to pin quarks down. Wavicles want to spread out.

So there’s a competition between two effects. To cancel the color chargecompletely, we’d like to put the quark and antiquark at precisely the same place; butthey resist localization, so it’s costly to do that.

This competition can result in a number of compromise solutions,where the quark and antiquark (or three quarks) are brought close

together, butare not


perfectly coincident. Their distribution is described by quantum mechanicalwave functions. Many different stable wave-patterns are possible, andeach corresponds to a different kind of particle that you can observe. Thereare patterns for protons, neutrons, and for each entry in the whole Greekand Latin smorgasbord. Each pattern has some characteristic energy,because the color fields are not entirely cancelled particles and becausethe wavicles are somewhat localized. And that, through m=Ec², is the originof mass.

A similar mechanism, though much simpler, works in atoms.Negatively charged electrons feel an attractive electric force from thepositively charged nucleus, and from that point of view they’d like tosnuggle right on top of it. Electrons are wavicles, though, and that inhibitsthem. The result, again, is a series of possible compromise solutions.

“The wave patterns that describeprotons, neutrons, and their

relatives resemble the vibrationpatterns of musical instruments.”

These are what we observe as the energy levels of the atom. WhenI give the talk on which this article is based, at this point I use DeanDauger’s marvelous “Atom in a Box” program to show the lovely, almostsensuous patterns of undulating waves that describe the possible states ofthat simplest of atoms, hydrogen. I hope you will explore “Atom in a Box”foryourself. You can link to it at http://www.dauger.com.

In its absence, I will substitute a classic metaphor. The wavepatterns that describe protons, neutrons, and their relatives resemble thevibration patterns of musical instruments. In fact the mathematicalequations that govern these superficially very different realms are quitesimilar.

Musical analogies go back to the prehistory of science. Pythagoras,partly inspired by his discovery that harmonious notes are sounded bystrings whose lengths are in simple numerical ratios, proposed that “Allthings are Number.” Kepler spoke of the music of the spheres, and hislonging to find their hidden harmonies sustained him through years oftedious calculations and failed guesses before he identified the truepatterns of planetary motions.

Einstein, when he learned of Bohr’s atomic model, called it “thehighest form of musicality in the sphere of thought.” Yet Bohr’s model,wonderful as it is, appears to us now as a very watered-down version of thetrue wave-mechanical atom; and the wave-mechanical proton is moreintricate and symmetric by far!

I hope that some artist/nerd will rise to the challenge, and constructa “Proton in a Box” for us to play with and admire.


The World as Concept, Algorithm, and NumberI will conclude with a few words concerning the broader significance of these

developments for our picture of the world.A major goal of theoretical physics is to describe the world with the greatest

possible economy of concepts. For that reason alone, it is an important result that we canlargely eliminate mass as an independent property that we are forced to introduce inorder to describe matter accurately.

But there is more. The equations that describe the behavior of elementary particlesbecome fundamentally simpler and more symmetric when the mass of the particles iszero. So eliminating mass enables us to bring more symmetry into the mathematicaldescription of Nature.

“Eliminating mass enables usto bring more symmetry intothe mathematical description

of Nature.”The understanding of the origin of mass that I’ve sketched for you here is the most

perfect realization we have of Pythagoras’ inspiring vision that the world can be built upfrom concepts, algorithms, and numbers. Mass, a seemingly irreducible property ofmatter, and a byword for its resistance to change and sluggishness, turns out to reflect aharmonious interplayof symmetry, uncertainty, and energy. Using these concepts, andthe algorithms they suggest, pure computation outputs the numerical values of themasses of particles we observe.

Still, as I’ve already mentioned, our understanding of the origin of mass is by nomeans complete. We have achieved a beautiful and profound understanding of the originof most of the mass of ordinary matter, but not of all of it. The value of the electron mass,in particular, remains deeply mysterious even in our most advanced speculations aboutunification and string theory. And ordinary matter, we have recently learned, supplies onlya small fraction of mass in the Universe as a whole. More beautiful and profoundrevelations surely await discovery. We continue to search for concepts and theories thatwill allow us to understand the origin of mass in all its forms, by unveiling more ofNature’s hidden symmetries.

Frank Wilczek is considered one of the world’s most eminent theoretical physicists. He is known,among other things, for the discovery of asymptotic freedom, the development of quantumchromodynamics, the invention of axions, and the discovery and exploitation of new forms of quantumstatistics (anyons).

When only 21 years old and a graduate student at Princeton University, in work with David Gross hedefined the properties of color gluons, which hold atomic nuclei together. Presently his main obsessions areexotic superfluidities on the one hand and dark energy on the other. He suspects the two are connected.Professor Wilczek received his B.S. degree from the University of Chicago and his Ph.D. from PrincetonUniversity. He taught at Princeton from 1974 to 1981. During the period 1981 to 1988, he was theChancellor Robert Huttenback Professor of Physics at the University of California at Santa Barbara, and thefirst permanent member of the National Science Foundation’s Institute for Theoretical Physics. In the fall of2000, he moved from the Institute for Advanced Study, where he was the J.R. Oppenheimer Professor, tothe Massachusetts Institute of Technology, where he is the Herman Feshbach Professor of Physics. He hasbeen a Sloan Foundation Fellow (1975–77) and a MacArthur Foundation Fellow (1982–87). He has receivedUNESCO’s Dirac Medal, the American Physical Society’s Sakurai Prize, the Michelson Prize from CaseWestern University, and the Lorentz Medal of the Netherlands Academy for his contributions to thedevelopment of theoretical physics, and the Lilienfeld Prize for his writing.

He is a member of the National Academy of Sciences, the Netherlands Academy of Sciences, andthe American Academy of Arts and Sciences. He is a Trustee of the University of Chicago, and an official


advisor to CERN and to Daedalus. He contributes regularly to Physics Today and to Nature, explainingtopics at the frontiers of physics to wider scientific audiences.

Frank WilczekFeshbach Professor of PhysicsMIT 6-305 (Massachusetts Institute of Technology)77 Massachusetts Ave.Cambridge, Mass. [email protected]://web.mit.edu/physics/facultyandstaff/faculty/frank_wilczek.html

A Tchê-Química Group irá traduzir o artigo do Professor Frank Wilczek e reeditá-lo em Português na sua próxima edição.

This article had it's print authorized by the Professor Frank Wilczek himself, by e-mail:Message-Id: <p06020400bc1fd843af34@[10.0.1.2]>In-Reply-To: <002e01c3d3c5$38965460$165aafc8@user>References: <002e01c3d3c5$38965460$165aafc8@user>Date: Mon, 5 Jan 2004 22:17:48 -0500Este artigo teve sua impressão autorizada pelo Professor Frank Wilczek em pessoa, por e-mail:Message-Id: <p06020400bc1fd843af34@[10.0.1.2]>In-Reply-To: <002e01c3d3c5$38965460$165aafc8@user>References: <002e01c3d3c5$38965460$165aafc8@user>Date: Mon, 5 Jan 2004 22:17:48 -0500


COLUNA EDUARDO GOLDANI

Catalisador automotivo: um grande aliado na diminuição de gasespoluentes.

* Eduardo Goldani

A partir da década de

50, pós Segunda Guerra Mundial,

o Brasil participou de um grande

processo de industrialização,

sobretudo indústrias de automó-

veis que, atraídas pela mão de

obra abundante e barata, bem

como um mercado promissor e

inexplorável, instalaram-se em

grande quantidade no país,

principalmente na região sudeste.

Até então, outros meios de

transporte eram os mais

utilizados, como bondes e trens,

ou seja, meios menos poluentes.

Desde então, a quantidade de

veículos transitando nas ruas das

grandes cidades vem crescendo

de maneira contínua não só no

Brasil, mas também em outras

cidades ao redor do mundo,

sendo que hoje estima-se em

mais de 500 milhões a frota de

carros trafegando por ruas e

avenidas dos cinco continentes.

Este crescente número de

veículos, aliado a uma forte

concentração de indústrias

manufatureiras, fez com que a

quantidade de poluentes lançada

diariamente na atmosfera

atingisse valores muito grandes,

comprometendo seriamente a

saúde das pessoas.

Devido ao rápido

movimento de seu meio fluido, a

atmosfera tornou-se um dos mais

convenientes lugares para o

depósito de materiais indese-

jáveis, causando inúmeros pro-

blemas ambientais. Entre os prin-

cipais, nos dias atuais, estão a

chuva ácida e o efeito estufa. Este

último é causado por gases

quimicamente estáveis e inertes o

suficiente para se acumularem na

atmosfera, tais como o dióxido de

carbono, o metano, os óxidos de

nitrogênio e os compostos fluor-

carbonados clorados. Um dos

agentes que mais contribui para a

poluição do ar é o automóvel. Em

áreas urbanas, isso é facilmente

observado pela fumaça fotoquí-

mica ou smog fotoquímico, resul-

tante da interação entre óxidos de

nitrogênio, hidrocarbonetos e luz

solar (raios ultravioleta), para

formar produtos de oxidação, que

causam irritação aos olhos, ao

aparelho respiratório e danos às

plantas.

Os motores do ciclo

Otto (motores a combustão

presentes nos automóveis) geram

na sua exaustão uma mistura

complexa de poluentes constituída

de monóxido e dióxido de carbo-

no, óxidos de nitrogênio, hidrocar-

bonetos e dióxido de enxofre,

contribuindo diretamente para a

fumaça fotoquímica e outras

formas de poluição. A concen-

tração destes compostos, acima

de níveis aceitáveis, interfere

diretamente na qualidade de vida

dos habitantes das grandes

cidades, pois estes poluentes

afetam as vias respiratórias e,

conseqüentemente, a saúde do

indivíduo. A partir da década de

70, visando minimizar a presença

desses poluentes na atmosfera,

alguns países do primeiro mundo

estabeleceram legislações restri-

tivas às emissões de CO, NOx e

hidrocarbonetos. Esse fato moti-

vou o desenvolvimento do catali-

sador automotivo que, hoje em

dia, está difundido mundialmente.

Mas, afinal, o que é um

catalisador automotivo? Trata-se

de um dispositivo, localizado no

sistema de escapamento, depois

do coletor de gases de escape e

próximo ao motor, para melhor

aproveitar a temperatura

decorrente da combustão, que

apresenta como principal >>


função a conversão dos gases

tóxicos gerados na combustão do

motor - CO, NOx e hidrocarbone-

tos - em gases menos poluentes,

como o CO2, N2 e H2O(v). Para

converter os gases da queima, o

catalisador realiza um série de

reações químicas em seu interior

que utiliza como suporte um

material cerâmico (cordierita -

(Mg,Fe)2Al4Si5O18·nH2O) em

forma de colméia. Essa transfor-

mação dos gases nada tem a ver

com filtro. Nesse suporte é

depositado o material catalítico

(onde ocorrerão as reações

químicas), composto por alumina

de alta área específica, sobre a

qual são adicionados elementos

ativos tais como a Platina (Pt), o

Paládio (Pd), o Ródio (Rh) e

promotores, como o óxido de

cério (CeO2), além de outros

elementos, como o Níquel (Ni), o

Zircônio (Zr), o Bário (Ba) e o

Lantânio (La). Basicamente, o

efeito catalítico destes catalisado-

res se deve aos metais nobres,

auxiliados pelo CeO2. Os produ-

tos desejados (dióxido de

carbono, água e nitrogênio) são

termodinamicamente favorecidos

nas temperaturas típicas de

exaustão (770K), por isso o

catalisador está localizado perto

do motor, para melhor aproveitar

o calor por ele gerado e atingir a

temperatura ideal em que se

darão as reações.

No Brasil, o controle

dos gases gerados pelos automó-

veis teve início em 1997, com o

PROCONVE (Programa de

Controle de Poluição do Ar por

Veículos Automotores) em que os

fabricantes foram obrigados a

instalarem em todos os veículos

saídos da fábrica o catalisador,

com o intuito de reduzir a carga de

poluentes lançada pelos carros.

Programas como este, juntamente

com outros ligados às mais

diversas indústrias instaladas no

Brasil, têm contribuído para que a

qualidade do ar que respiramos

sofra consideráveis melhoras nos

últimos anos, trazendo menos

prejuízos à saúde da nossa

população. Como estaria a quali-

dade do ar das grandes cidades

sem a presença dos catalisadores

nos automóveis? É bom nem

imaginar!

•

* Licenciado em Química pela PUCRS([email protected])


PREPARO DE GELÉIA DE MAÇÃ: VARIÁVEIS E A QUALIDADEDO PRODUTO FINAL

GABRIEL RÜBENSAM*, • , ADRIANA BARBOSA*, CIBELE BATISTA*, DANIELA VEIGA*,RODRIGO BRAMBILLA*, CLEYDI V. ANDRETTA†, TIZIANO DALLA ROSA†

(*): Autores, (†): Orientadores.

FAQUI, Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul

ResumoNeste estudo foram analisadas variáveis do processo de preparo da geléia de maçãcomo o pH, quantidade de pectina, palatibilidade, consistência e a variação doconteúdo fenólico entre o suco de maçã in natura e a sua geléia. Após o processamentodas frutas, foram separados volumes iguais de suco em quatro recipientes diferentes(PA, A, P e Puro). No primeiro (PA), foram acrescentados sacarose comercial, ácidocítrico e pectina neutralizada, no segundo (A) sacarose comercial e ácido cítrico, noterceiro (P) sacarose comercial e pectina neutralizada e, no quarto (Puro), somentesacarose comercial. Quanto ao conteúdo fenólico (em equivalentes de ácido gálico)identificou-se 264 • g/mL em R1, 244,8 • g/mL em R2, 120 • g/mL em R3 e 236,5 • g/mLem R4 após cocção por 20 minutos a 95 °C e, para o suco in natura, 283,2 • g/mL. Apósa cocção e resfriamento das geléias, observou-se consistência crescente na formaPA>P=puro>A e melhor palatabilidade na forma puro>PA>P>>A.

Palavras-chave: Geléia de maçã, fenólicos totais.

1. INTRODUÇÃO

O preparo dos alimentos é

uma prática que acompanha o

homem desde os tempos mais

remotos. O seu significado na

forma mais concisa é de tornar

determinados nutrientes disponí-

veis ao nosso organismo e de

preserva-los, entre outros.

Com o passar dos tempos,

foram sendo descobertas varia-

ções dos preparos alimentícios e

também de substâncias conser-

vantes, gerando uma grande área

de atuação para o setor químico.

Esta evolução se deu numa forma

desordenada e a qualidade dos

produtos finais decaiu.

Avanços de tecnologia dos

alimentos vêm sendo demons-

trados em inúmeras referências

por estudos realizados ao longo

das últimas décadas. A atuação

das novas pesquisas na indústria

alimentícia teve como precedente

a boa qualidade dos produtos

alimentícios, quanto à integridade

dos seus valores nutricionais, e a

boa aparência. Uma maior

importância vem sendo atribuída

aos resultados de tais avanços

devido à intrínseca relação da

alimentação ao bem-estar huma-

no, além dos sabidos efeitos da

reposição das vitaminas, proteí-

nas, sais minerais, entre outros,

para a manutenção bioquímica

dos organismos. Para tanto, deve-

se trabalhar com fatores represen-

tativos tanto da qualidade do

substrato como da qualidade do

produto final.

Da qualidade do produto na forma

in natura, obtemos os parâmetros

necessários para a determinação

da qualidade do produto

industrializado ou processado.

Estes parâmetros, atualmente,

vêm sendo apresentados na

forma de equivalentes de >>


substâncias (conteúdo químico)

que sejam inferidas como prote-

toras de doenças no homem,

como câncer, doenças cardiovas-

culares, cataratas e disfunções

cerebrais, por exemplo, causadas

por deficiências de nutrientes

requeridos para a proteção do

DNA [Ames, 2001]. Este é o caso

para os polifenóis presentes na

maçã.

Os polifenóis são parte de

uma classe bioquímica de subs-

tâncias com alto poder

seqüestrador de radicais livres e

de compostos oxidantes com

funções características de anti-

mutagenicidade [Ferguson, 2001;

Kähkönen, 1999] e que têm

grande interesse industrial, já que

retarda a degradação oxidativa

dos lipídios e contribui para

aumento do valor nutricional dos

alimentos. São polifenóis as

substâncias provenientes de

metabolização secundária dos

vegetais que contém mais de um

grupo fenólico. Dentro do grupo

dos polifenóis, há uma

predominação dos flavonóides,

compostos de estrutura química

característica (isoflavona) que

diferem entre si por variações nas

posições das hidroxilas e de

certas funções químicas. Entre

estes, a quercetina, as

antocianinas e as isoflavonas,

estão presentes.

Apesar dos polifenóis apre-

sentarem uma elevada gama de

substâncias, e algumas delas, de

elevada massa molecular (como

os taninos), a quantificação é

extremamente viável. Isto porque

os polifenóis, na presença do

reagente Folin-Ciocalteu, oxidam

o molibdênio e o tungstênio pre-

sentes, levando-os a um estado

onde absorvam energia na gama

visível, tornando a mistura

azulada. Assim, por espectrofo-

tometria, ou determinação colori-

métrica, a quantificação é

realizada em equivalentes de

ácido gálico [IKAWA, 2003].

O parâmetro da boa

aparência dos produtos industria-

lizados, como as geléias, é muito

subjetivo e depende da região a

ser comercializado. Porém, há

uma maior aprovação para as

geléias que apresentam maior

consistência (ou resistência ao

corte), menor coloração (ou

coloração suave) e que não

formem separação entre as fases

de constituição. Para tanto, deve-

se partir de frutas de boa

qualidade. Este parâmetro está

relacionado com a composição da

geléia.

As geléias são equivocada-

mente apontadas como um

produto contendo polpas de frutas

e cascas em suspensão que, na

verdade, constituem os geleados

e os polpados. Uma geléia deve

ser livre de suspensão grosseira e

composta por três substâncias

essenciais: pectina, açúcar e

ácido. Variações nas concentra-

ções destas substâncias afetam

diretamente sobre a aparência do

produto e uma razão deve ser

definida como padrão para que se

tenha um composto de carac-

terística definida, que não

apresente variações. Muita impor-

tância deve ser dada aos

parâmetros físico-químicos duran-

te o preparo da geléia, como o

controle do pH, tempo e tempe-

ratura, formação do colóide e aos

parâmetros de agitação durante o

preparo e a inversão do açúcar.

2. OBJETIVOS

No intuito de investigar

algumas variáveis determinantes

da qualidade da geléia de maçã,

este trabalho propôs a apre-

sentação de metodologia não

muito comum à produção indus-

trial, como a determinação do

conteúdo de fenólicos totais, além

do controle da produção no

preparo da geléia em diferentes

condições de pH, tempo de

preparo e da adição ou não de

pectina e ácido cítrico.

3. MATERIAIS E METODOLOGIA

3.1 REAGENTES

Para o preparo das geléias,

utilizou-se ácido cítrico

(NUCLEAR), Glucose comercial,

pectina comercial (reconstituída

por ácido cítrico) e bicarbonato de

sódio (REAGEN).

Como o descrito por Ikawa

e colaboradores (IKAWA e col.,

1988), para uma mistura de

volume final de 6 mL, foram

adicionados 0,1 mL de >>


amostra, 0,5 mL de carbonato de

sódio a 20% e 0,25 mL de

reagente Folin-Cicalteu 1N (Fisher

Sceintific Co. Pittsburg, PA).

3.1 Preparo das amostras

Para o preparo das amos-

tras de geléia de maçã, foram

utilizadas maçãs sazonais de boa

aparência e sem perfurações. Das

maçãs, obteve-se suco por

trituração da fruta. Mediram-se

250 mL para cada amostra e, a

eles, foram adicionados 200 g de

açúcar comercial e 200mL de

água.

Obtiveram-se, então quatro

frações iguais destas misturas,

sendo identificadas como se

segue: puro (somente a mistura

citada), PA (adição de pectina e

ácido cítrico) A (somente com a

adição de ácido cítrico) e P

(somente com a adição da

pectina).

Por dispormos somente de

pectina misturada com ácido

cítrico, se fez necessária a adição

de bicarbonato de sódio para

neutralizar a acidez do ácido

cítrico. Tomou-se o cuidado de

acertar o pH das misturas tendo

como parâmetro à mistura “pura”.

Após a adição das demais

substâncias nas referidas

amostras, mediu-se novamente o

pH, sendo ele anotado.

Sob aquecimento (95 °C), o

primeiro experimento teve o

tempo controlado a partir da

colocação das amostras sob

aquecimento e, após terem

passados 25 minutos, as

amostras foram descansadas

cuidadosamente sobre superfície

plana, para que não houvesse o

rompimento da formação do

estado gel.

O segundo experimento

sofreu o mesmo procedimento,

porém, houve um incremento no

tempo, passando a ser

controlado os 25 minutos de

cozimento a partir da primeira

fervura das misturas.

3.2 Medições Instrumentais

Após o descanso das

amostras, cerca de 7 dias sob

refrigeração a 4°C, foram anali-

sados o pH e o conteúdo de

fenólicos totais de todas as

amostras, incluindo uma alíquota

de cada suco de maçã utilizado.

Posterior a isto, aplicou-se a

identificação dos fenólicos totais.

Com um espectrofotômetro

Micronal, foram realizadas análi-

ses das amostras de geléias e

sucos de maçã, segundo processo

descrito por LOWRY em 1951.

Todas as amostras foram

cuidadosamente preparadas,

assim como as diluições das

soluções-padrão de ácido gálico.

Uma curva de trabalho foi obtida

e, após a medição dos valores de

absorção das amostras testadas,

jogou-se os resultados contra a

curva de trabalho e obteve-se a

concentração do conteúdo de

fenólicos totais em equivalentes

de ácido gálico para todas as

amostras.

Parâmetros muito subjetivos

também foram adotados neste

estudo. A palatabilidade, a

sensibilidade ao corte e as propri-

edades ópticas complementaram

o presente estudo. >>

4. RESULTADOS4.1 pH

As medições de pH após o cozimento das geléias estão apresentados na tabela 1, a seguir.

Tabela 1: Resultados das medições de pH.

Experimento 1 Experimento 2Amostra pH pré -cocção pH pós-cocção Amostra pH pré

-cocção

pH pós-cocção

Puro 4,5 4,0 Puro 4,0 4,0PA 3,5 3,5 PA 4,0-4,5 4,0P 4,5 4,5 P 4,5-5,0 4,5A 2,5 2,5 A 2,0-3,0 2,5


4.2 Determinação de Folin para ácido gálico

O gráfico 1 apresenta a curva de trabalho utilizada nas medições de fenólicos total.

Figura 1: Curva de trabalho em equivalentes de ácido gálico

Assim, pode-se obter os resultados para as amostras analisadas. Os resultados estão apresentados

na tabela 2, a seguir.

Tabela 2: Resultados das análises de Fenólicos totais em eq. ác. Gálico.

Amostras Experimento 1 (• g/mL) Experimento 2 (• g/mL) Variância

maçã 56,6 65,5 39,605puro 47,4 17,1 459,045

A 49,0 15,0 578PA 52,8 17,6 619,52P 24,0 14,6 44,18

Após a cocção e resfriamento das geléias, observou-se consistência crescente na forma

PA>P=puro>A e melhor palatabilidade na forma puro>PA>P>>A.

5. CONCLUSÃO E DISCUSSÃO

Pela análise dos resultados

obtidos pudemos ter concluído, ao

final deste estudo, que mesmo

alterando o tempo de cozimento

das amostras, o comportamento

do conteúdo de fenólicos totais

permaneceu o mesmo, sendo a

amostra que continha pectina

combinada com ácido cítrico a que

permaneceu com maior quanti-

dade destas substâncias.

Observou-se também que

a diminuição o conteúdo de

fenólicos baixou proporcional-

mente para todas as amostras,

com maior efeito para as

amostras de maior tempo de

cocção.

Concluímos que a adição

de pectina tem validade somente

para condições específicas de

preparo de geléias, respondendo

à relação da sua ação geleificante

com o pH da amostra.

Por fim, discutiu-se a inte-

ressante relação entre a sua quan-

tidade e a quantidade de fenólicos

totais, determinando uma possí-

vel atividade que inibe a degrada-

ção dos fenólicos. Este efeito pode

ter sido contribuído pela diferença

de pH das amostras.

•

6. REFERÊNCIAS

1. AMES, N. B., DNA damage from micronutrient deficiences is likely to be a major cause of

câncer, Mut. Res. 475 (2001) 7-20;

2. AMES, N. B., Shigenega M. K., Hagen, T. M. Oxidants, antioxidants and the degenerative

diseases of aging, Proc. Natl. Acd. Sci. USA 90 (1993) 7915-7922;

3. CAVALCANTE, A. A. M., Rübensam, G., Picada, J. N., da Silva, E. G., Moreira, J. C. F., Henriques,

J. A. P., Mutagenicity, antioxidant potential and antimutagenic activitity against hydrogen

peroxide of cashew (Anacardium occidentale) apple juice and Cajuina, Envaronmental and

Molecular Mutagenesis 41:5 (2003) 360-369;

4. FERGUSON, L. R., Antimutagens as câncer chemopreventive agents in the diet, Mutat. Res.


307 (1994) 395-410;

5. IKAWA, M., Schaper, T. D., Sasner, J. J., Utilization of Folin-Cicalteu phenol reagent for the

detection of certain nitrogen compounds, Agric. And Food Chem. 51 (2003) 1811-1815;

6. IKAWA, M., Dollard, C. A., Schaper, T. D., Reaction of Folin-Cicalteu phenol reagente with

purines, pyrimidines and pteridinas and its relationship with struture, J. Agic. Chem. 36

(1988) 309-311.


REVISÃO EM GEOQUÍMICA E ECOTOXICOLOGIA DOS METAIS CHUMBO,COBRE, CROMO E ZINCO

Por GABRIEL RÜBENSAM

1. Introdução

A presença dos metais no meio ambiente tem sido relacionada aos processos evolutivos do homem

e da natureza. Sua influência sobre os mecanismos bioquímicos nos organismos vem sendo comprovada

por inúmeras pesquisas nos últimos anos. Porém, devido às influências das atividades antropogênicas a

presença de importantes quantidades de metais vem sendo encontrada principalmente nas regiões

próximas às indústrias de manufatura de metais, ocasionando uma alteração geoquímica local, agravada

pelos fatores naturais como as precipitações pluviais, contaminando todos os níveis da cadeia trófica da

região.

Os efeitos do aumento da quantidade destes metais têm sido, em geral, a indução de quadros

cancerígenos na população devido ao consumo de substâncias contaminadas por metais, como vegetais e

águas. O fator-chave das contaminações pelos metais está diretamente relacionado com as suas

propriedades físico-químicas e as formas como estes migram nas distintas geosferas.

No entanto, se torna necessária a identificação do metal e dos seus compostos, o conhecimento das

suas propriedades físico-químicas, sua ocorrência, uso e fontes de exposição, bem como o conhecimento

da distribuição e transformação do elemento no meio ambiente. Alguns dados se tornam complementares

quando associados aos efeitos sobre a saúde humana, como a sua toxicocinética e toxicodinâmica,

possibilitando uma completa avaliação dos riscos à saúde humana e ao meio ambiente.

2. Características dos Metais e

Seus Compostos

Todos os metais apresen-

tam propriedades físicas caracte-

rísticas como as de serem bons

condutores de eletricidade e calor,

lustrosos e altamente refletores,

maleáveis e dúcteis, possuem

estruturas cristalinas que são

quase sempre de empacotamento

cúbico denso, hexagonal denso,

ou cúbico de corpo centrado.

Facilmente formam ligas.

A boa condutibilidade

elétrica é devida ao número de

elétrons presentes no nível mais

externo e à presença de orbitais

vagos. Este é um fator importante

e que também explica a

mobilidade dos metais nas depo-

sições em sedimentos.

2.1. Chumbo

2.1.1. Propriedades e Ocorrên-

cias

Metal de peso molecular

207,19 g/mol, de cor cinza-

azulada, inodoro, maleável, sens-

ível ao ar. Possui quatro isótopos

de ocorrência natural: 204Pb

(1,4%), 206Pb (24,1%), 207Pb

(22,1%) e 208Pb (52,4%), podendo

diferir para cada fonte mineral.

Contudo, a sua principal forma é o

minério galena, PbS (sulfeto de

chumbo), sendo encontrado

principalmente na Rússia (17%),

Austrália (14%), EUA (10%),

Canadá (9%) e Peru, México e

China (6% cada). Além deste

mineral, existem muitas outras

formas naturais de chumbo, como

as que são apresentadas na

tabela 1, juntamente com as

principais propriedades físico-

químicas.

>>


Tabela 1: Principais propriedades físico-químicas do chumbo e alguns sais

PROPRIEDADES

Chumbo

Acetato Carbonato

Sulfato Sulfeto Monóxido

Dióxido

Tetraetila

FórmulaMolecular

Pb PbC4H6O

4

PbCO3 PbSO4 PbS PbO PbO2 C8H20Pb

Peso Molecular 207,19 325,28 267,20 303,25 239,25 223,19 239,19 232,45

Ponto deEbulição (ºC)

1740 - - - 1281

1470 - 200(227,7decompõe-se)

Ponto deFusão

327,50

280 315(decompõe-se)

1170 1114 888 290(decompõe-se)

-130

Reatividade Materiaisoxidantes,peróxidos,carbetos,azida,fluoretos,Zr eNH4NO3

ExplosivocomKbrO3,inerte comácidos,álcalis,sulfatossol.,fosfatos,AS. esulfitos

Adsorventematricial

Adsorventematricial

Oxigênio a altatemperatura

Sulfetosemcondiçõesextremas

Inertecomcarboneto dealumínio,sulfetodebário,hidroxilamina,moloibdênio,fenilidrazina efósforo

-

Solubilidade*(g/L)

Insolúvel 443 0,0011 Poucosolúvel

Insolúvel

Insolúvel Insolúvel

0,00029

FONTE: ATSDR, 1993; NTP, 2001; WHO, 1995, (*): temperatura ambiente

O Pb é relativamente abun-

dante na crosta terrestre, tendo

uma concentração média de até

20 ppm (p/p), proveniente em

grande parte de intemperismos

geoquímicos e emissões vulcâ-

nica. Ocorre também em vegetais,

devido a sua presença nos solos.

Há uma boa relação entre as

quantidades absorvidas pelos

vegetais e as quantidades existen-

tes nos solos e águas quando as

concentrações do chumbo se

encontram em nível muito baixos.

Quanto a sua concentração média

natural em águas superficiais,

estimou-se ter cerca de 20 ppb

(p/v), variando até 300 ppb (p/v)

para as águas subterrâneas,

dependendo da composição do

solo subaquático (CRA, 2001).

Caracteristicamente, o

chumbo mineral, ou inorgânico, se

apresenta nos estados de

oxidação +II e +IV, predominando

o estado +II. Em compostos

orgânicos, seus estados variam

de acordo com a complexação da

substância.

2.1.2. Beneficiamento e Aplica-

ções

O beneficiamento de chum-

bo nos últimos anos ocorreu em

grande parte nos Estados Unidos,

China e Alemanha, chegando a

uma produção de mais de 6

milhões de toneladas (DNPM,

2000), já o Brasil teve uma

produção de 0,63% da produção

mundial, referindo-se exclusiva-

mente à recuperação do metal de

sucatas e rejeitos. Isto não supriu

a necessidade comercial do metal

e a sua importação (chumbo

primário) alcançou, no ano de

2000, 56 mil toneladas (CRA,

2001).

Ultimamente, o Brasil vem

diminuindo as quantidades de

importação do metal, seguindo >>


a sua baixa procura provocada

pela implantação de rigorosas leis

ambientais. Em 1999, o Brasil

atingiu uma quantidade 6,54%

inferior aquela registrada no ano

anterior. No entanto, no mesmo

período, houve um aumento de

procura, na Europa, entorno de

3,1%, atingindo cerca de 6,5

milhões de toneladas em 2000

(CRA,2001).

A forma de produção de

chumbo elementar compreende o

método de oxidação/redução a

partir do minério galena, que

possui entorno de 8% de

chumbo. O minério é extraído,

passando por processos de

britagem e, logo após é moído. O

PbS é oxidado por aquecimento e

passagem de ar. Depois de

algum tempo o fornecimento de

ar é interrompido, continuando o

aquecimento, fazendo com que

ocorra a auto-redução do metal.

Dessa forma se obtém chumbo

contaminado por outros metais,

como o zinco, cobre, ouro, prata,

entre outros. Sua purificação é

feita através de resfriamento ao

seu ponto de congelamento, onde

há, antes, o congelamento dos

seus contaminantes (LEE, 1991).

As reações e os compostos

tóxicos do processo de

beneficiamento de chumbo estão

apresentados na tabela 2.

Tabela 2: Reações durante a fundição do chumbo e exposição ocupacionalOPERAÇÃO Finalidade Equipamentos Reações Exposição OcupacionalSinterização Converter sulfetos

em óxidos e

sulfatos

Máquina de

sinterizar

2PbS + 3O2•

2PbO + 2SO2

SO2 (0-6,5% no fluxo)

poeira contendo Pb

(20-65%)Fundição

(redução)

Remove as

impurezas, reduz

componentes do

Pb contendo 98%

de Pb e escória

Alto-forno

(1000ºC) de

chumbo

2PbO + 2C • 2Pb

+ 2CO

PbO + CO • Pb +

CO2

CO (2%), SO2(0,01-

0,25%), poeira de

silício, poeira de Pb,

outros óxidos metálicos

Drossagem Remoção de Cu,

S, As, Sb e Ni da

solução

Panelas de

drossagem

várias Impurezas na barra:

Cu, Sn, Bi, As, CdO,

Sb, CO, SO2 e poeira

de Pb

FONTE: BURGUESS,1995

O chumbo pode ser comer-

cializado na forma de metal, puro

(40%) ou em ligas (25%), ou

como compostos químicos (35%)

(ATSDR, 1995 e CRA, 2001). Na

forma metálica, é utilizado em

lâminas e tubulações em função

da sua resistência à corrosão. É

utilizado, na forma de ligas, em

revestimentos isolantes de

materiais radioativos e em soldas.

Como compostos químicos, na

forma de óxidos, é utilizado nas

placas de baterias (PbO e

2PbO.PbO2), como agentes

componentes na manufatura da

borracha (PbO), como ingrediente

nas tintas (Pb3O4) e como

constituintes do vidro, na produ-

ção de vidros finos.

Nas formas de carbonato e

sulfato, é constituinte de pigmen-

tos brancos e, como cromato,

pigmentos laranja, amarelo,

vermelho e verde em tintas. Ainda

pode ser utilizado como defensivo

agrícola, na forma de arseniato, e,

chumbo tetraetila, como aditivo

antidetonante da gasolina em

determinados países.

2.1.3. Fontes e Formas de

Contaminação Ambiental

A contaminação com

chumbo abrange o ar, a água e o

solo. No ar, o maior volume de

substâncias contendo >>


chumbo resulta da liberação de

processos industriais e, até pouco

tempo atrás, da liberação de

descargas automotivas pela

presença de aditivos

antidetonantes na gasolina, como

o chumbo tetraetila (atualmente

em extinção). Existem duas

formas de transição aérea de

chumbo, a particulada inorgânica,

com cerca de 90% em peso das

emissões, e a forma de vapores

orgânicos, geralmente encontra-

dos em ambientes confinados de

trabalho (CRA, 2001). A tabela 3

indica as emissões globais estima-

das de chumbo na atmosfera em

1983.

Neste ano (1983), havia

uma grande liberação de chumbo

na atmosfera resultante da

liberação do chumbo tetraetila

pela queima da gasolina. Hoje em

dia, estudos mostram que houve

uma sensível alteração das

quantidades de chumbo liberadas

na atmosfera em função da

drástica redução do teor deste

metal na gasolina em muitos

países, e a eliminação em outros.

As formas como o chumbo se

apresenta na atmosfera podem

ser removidas facilmente para

superfícies ambientais por

deposição seca ou úmida. Geral-

mente, ocorrem deposições por

precipitações úmidas, correspon-

dendo a uma razão anual de

0,18.10-6 (valor admensional)

(CRA, 2001). Na precipitação

seca se tem como principal fator

o tamanho da partícula.

Partículas de diâmetros

superiores a 2 • m tendem a

precipitarem antes que alcancem

longas distâncias, ao contrário

das partículas menores. Depen-

dendo da região e o respectivo

tipo de clima, estas partículas

podem chegar até 0,5 cm/s,

como aponta estudo realizado na

Suécia. Assim, cerca de 410000

t/ano de chumbo particulado são

depositados por via seca e úmida

no planeta. Este é um resultado

apresentado pela EPA ameri-

cana, levando-se em conta a

concentração atmosférica global

do chumbo, as velocidades dos

ventos e a área de superfície

atingida.

Na água, como lagos, rios

e oceanos, o chumbo depositado

é proveniente da atmosfera ou do

escoamento superficial do solo,

resultantes tanto da forma natural

como das atividades antropogêni-

cas. O metal em suspensão na

água geralmente está adsorvido

em substâncias inorgâ-nicas, ou

orgânicas e nos sedimentos,

dividindo-se em duas fases a

depender das características

físico-químicas da água, como pH

e dureza (quantidade cálcio e

magnésio neste meio). O que se

encontra nas análises de amostras

de água, são estados de adsorção

total do chumbo em partículas

orgânicas complexantes (presente

por motivos antropogênicos),

como o EDTA (quelante), e

estados salinos (em menor

quantidade) como carbonatos e

sulfatos, de concentrações limita-

das em pH ácido. Suas concentra-

ções variam de 30• g/L, para

águas duras, e 500• g/L, para

águas moles. Grande parte do

chumbo presente e carregado

pelas águas dos rios tem sido

encontrada nas formas de

colóides insolúveis, como os óxido

e hidróxidos de chumbo, também

sendo apresentada em grande

quantidade nas regiões mais

industrializadas.

>>


Tabela 3: Emissão mundial de chumbo na atmosfera no ano de 1983.

Estudos vêm indicando que,

no Brasil, apesar da baixa ativi-

dade produtora de chumbo, uma

importante quantidade de rios está

contaminada. Desde as regiões

de extração mineral, como as

jazidas de ferro de Ouro Branco

(Minas Gerais), até as regiões de

atividades agrícolas e industriais

do Vale dos Sinos (Rio Grande do

Sul), foram encontradas em vários

pontos de análise (águas super-

ficiais) concentrações máximas de

0,15 a 25 ppm (p/v) em chumbo.

(Vargas, 2001, CRA, 2001)

No solo, em áreas próximas

às indústrias, a quantidade de

chumbo se apresenta, em muitos

casos, 3000 vezes superior à

quantidade encontrada nas

regiões de controle (30 ppm).

A forma que ocorre a

deposição deste metal no solo

depende das propriedades físico-

químicas do solo. Muitas vezes o

chumbo inorgânico é depositado

nas matrizes das rochas e a sua

mobilidade se torna estática. A

composição do solo faz com que

o chumbo tenha uma mobilidade

característica, ou seja, quando

compostos orgânicos quelantes,

como os ácidos úmidicos (natu-

rais), bem como material argiloso

(barreiras físicas), estão presente

no meio, haverá uma maior

retenção de chumbo no local e a

sua mobilidade praticamente

>>


inexiste. Dependendo do pH do

meio, pode ocorrer o processo de

lixiviação com a formação de

sulfatos (mais solúvel) de

chumbo. Em pH menor que 5, há

a disponibilidade de chumbo

solúvel e sua presença é

identificada em camadas

superficiais, cerca de 2-5 cm, e a

sua absorção por vegetais

aumenta. (MUNDELL, et al., 1989)

Alguns municípios brasi-

leiros apresentaram altos níveis

de chumbo no solo. No Vale do

Ribeira (Adrianópolis, PR), foram

analisadas amostras de coletas

realizadas próximas a uma refina-

ria desativada de chumbo que

apresentaram resultados entre

117 a 6400 ppm (p/p) em chumbo.

Entretanto, a elevada pre-

sença de chumbo, principalmente

na forma iônica (Pb2+, forma

bioviável), tem sido iden-tificada

não só em vegetais, mas também

em microorganismos resultante

do efeito da bioacumulação.

A interferência do chumbo

bioviável (Pb2+) num organismo é

grande, pois possui grande

afinidade por proteínas que

tenham como co-fatores

protéicos, zinco e cálcio. Foram

constatados diversos casos de

problemas neurológicos e câncer

em crianças que tiveram

exposições crônicas, como

alimentação a partir de produtos

contendo chumbo na forma mais

tóxica, a de sal (existentes em

vegetais, água e carnes)

(GODWIN, 2001).

A maioria dos acidentes

com chumbo, relatada na lite-

ratura, ocorreu durante o trans-

porte de compostos derivados,

como o chumbo tetraetila. Mas,

também há referências de

contaminações por exposições

ocupacionais.

No Período de 1994 a 1997,

de um total de 1369 atendimentos

de acidentes com chumbo,

provenientes de seis centros de

controle de intoxi-cação, 1,1% dos

casos foram acidentes com

crianças (até 12 anos), outros

35,9% por intoxicação ocupaci-

onal. No Centro de Informações

Toxicológicas do Rio Grande do

Sul, dos 57 casos de acidentes

por chumbo atendidos no período

de 1995 2000, 5,2% ocorreram

com crianças de 1 a 4 anos,

outros 64%, por intoxicação ocu-

pacional.(CRA, 2001).

2.1.4. Monitoramento e Padrões

As formas tóxicas do

chumbo são os trialquil e tetralquil

compostos, seguidos pelo íon de

chumbo tetravalente e o íon

chumbo bivalente (sais de chum-

bo). Estudos apontaram que a

forma tetralquil é mais rapida-

mente absorvida por peixes e

microorganismos, sendo acumu-

lado nas brânquias, fígado, rins e

ossos do peixe e na parede

celular dos microorganismos.

Nos vegetais, as determi-

nações de chumbo são difíceis,

principalmente porque muitos

deles são tratados com adubos a

base de sais de chumbo. Outro

fator marcante nas determinações

de chumbo em plantas é a fácil

precipitação das formas salinas

do metal que ocorrem dependen-

do das condições do meio como

pH, dureza da água e salinidade.

Esta característica faz com que a

disponibilidade do metal nos vege-

tais seja drasticamente reduzida.

Porém, determinações de altas

concentrações de chumbo em

vegetais pode representar más

condições das águas de abaste-

cimento, do solo e a falta de

controle da adição de defensivos

agrícolas.

Em Montevideo, no Uruguai,

para avaliar a extensão da con-

taminação por chumbo na área

urbana, foram obtidas plumbemi-

as de cães. A média encontrada

foi igual a15,5 • g/dL, mais alta do

que as obtidas em crianças (9,5

• g/dL), no mesmo estudo. Devido

aos seus hábitos inerentes a alta

susceptibilidade ao chumbo, os

cães podem ser usados como

marcadores da bioacumulação do

metal na avaliação do risco

ambiental (MAÑAY et al., 1999 e

CRA, 2001).

Atualmente, existem várias

formas de monitoramento de

chumbo em organismos.

No homem, o chumbo é

determinado através da

análise do sangue, urina, fezes,

tecidos e ossos por >>


espectrofotometria de

fluorescência atômica,

espectrofotometria de absorção

atômica e forno de grafite e

fluorescência por raios-X.

No meio ambiente, o

monitoramento se dá, além das

quanti-ficações acima citadas,

através das determinações

bioquímicas, verificando-se o

efeito global do metal num

determinado meio. Estas

determinações consistem em

ensaios com microorganismos

geneticamente modificados para

serem mais sensíveis aos efeitos

do analito, como o que acontece

em ensaios de mutagenicidade

em Salmonella tiphymurium para

o teste de Ames.

Existem níveis de quanti-

dade de chumbo em ar, solo e

água que, em longo prazo, não

apresentaram danos ambientais e

ao homem e que se tornaram

referência de quantidades limites

na implantação de padrões de

qualidade ambientais por diversas

agências governamentais.

São padrões de qualidade

do ar as concentrações de

poluentes atmosféricos que, ultra-

passadas, poderão afetar a

saúde, a segurança e o bem-estar

da população (padrão primário),

bem como ocasionar danos à flora

e à fauna, aos materiais e ao meio

ambiente em geral (padrão

secundário).

Nos Estados Unidos, por

exemplo, o Ambient Air Quality

Standarts, estabeleceu o valor

padrão para concentrações de

chumbo no ar em 1,5 • g/m3 para

padrões primários e secundários.

De modo geral, observa-se uma

tendência à diminuição para este

valor em diversos países, como

no Canadá, Alemanha, Noruega e

Reino Unido. (WHO, 1995 & CRA,

2001)

No solo, as concentrações

aumentam e chagam a valores de

500 • g/g (nos Estados Unidos)

em função da maior afinidade das

formas de chumbo por este meio.

No Brasil, segundo a

resolução do Conselho Nacional

do Meio Ambiente (CONAMA) Nº

20, de 18 de junho de 1986, para

as águas de abastecimento

doméstico após tratamento

(classe 1), a quantidade máxima

de chumbo é de 30 • g/L e de 50

• g/L em águas de irrigação

(classe 2).

2.1.5. Gestão de Resíduos

Nas indústrias de diversos

setores que, de alguma forma,

utilizam chumbo, devem ser

adotados sistemas de tratamento

de efluentes, como a imple-

mentação de centros de trata-

mentos e biorreatores, que

tenham o objetivo de tornar todas

as espécies de chumbo em uma

forma menos disponível à natu-

reza. Geralmente, nos corpos

coletores e nos centros de

tratamento de chumbo, se faz a

precipitação do metal nas formas

de hidróxidos e carbonatos.

Precipitações na forma de

fosfato de chumbo têm apresen-

tado melhores resultados, já que

este é a forma mais insolúvel e

responsável pela imobilidade

permanente do metal, reduzindo,

assim a sua disponibilidade.

O uso do fósforo tem sido

uma opção de remediação efetiva,

em relação ao custo.

Outro processo importante

de redução da disponibilidade do

chumbo é adição de óxido de

manganês nos efluentes, já que

se trata de um adsorvente

específico do chumbo e, quando

associado ao fósforo (mais que os

fosfatos), forma um conjunto de

adsorventes mais efetivo, quando

comparados à adição de ambos

separa-damente. São citados

valores de 15 a 41% de adsorção

de chumbo para o fósforo

sozinho, e 23 a 67%, para a

adição de fósforo e manganês.

Assim, fazendo-se uma extração

adequada do chumbo dos

sedimentos gerados no tratamen-

to, tem-se a possibilidade, com os

devidos controles de dispersão

aérea e cuidados ocupacionais,

de se obter chumbo metálico pela

queima dos produtos, livrando a

natureza da sua exposição.

2.2. Cobre


cias

Metal de peso molecular

63,54 g/mol, de cor marrom-

avermelhado. >>


Possui dois isótopos de

ocorrência natural: 63Cu (69,17%)

e 65Cu (30,83%). Contudo, a sua

principal forma é o minério

calcopirita, CuFeS2 (sulfe-to duplo

de ferro e cobre), tendo como

principais fornecedores o Chile

(17%), EUA (16%), Rússia (11%),

Canadá (8%), Zâmbia (5,5%) e

Zaire e Polônia (5% cada). Além

deste mineral, existem muitas

outras formas naturais de cobre

que são os minérios calcocita

(Cu2S, sulfeto de cobre), de cor

cinza escura, malaquita

(CuCO3.Cu(OH)2, carbonato

alcalino de cobre), de cor verde,

cuprita (Cu2, óxido de cobre), de

cor vermelha, e a bornita

(Cu5FeSO4, sulfato com-plexo de

ferro e cobre), de cores

iridescentes: azul, vermelho,

castanho e púrpura. Há, também,

minerais como pedras semi-

presiosas como a turquesa (CuAl6

(PO4)4(OH)8.4H2O), apreciada por

sua coloração azul e veios

delicados (LEE, 1991).

Os minérios de sulfetos são

pobres em cobre, geralmente

contendo de 0,6 a 1%.

O cobre apresenta quatro

estados de oxidação: metálico

(Cu0), cuproso (Cu+), cúprico

(Cu2+) e o íon trivalente (Cu3+).

O cobre metálico é estável

em temperatura ambiente em

ambientes secos e se torna

solúvel na presença de ácidos

oxidantes como o sulfúrico e o

nítrico, sendo também solúvel em

soluções alcalinas de amônia,

carbonato de sódio e de cianeto,

na presença de oxigênio.

O íon cuproso é instável em

soluções aquosas, dissociando-se

rapidamente em cúprico e cobre

elementar, e nas formas mais

estáveis, é completamente insolú-

vel em água, como o cloreto

cuproso.

Na natureza, encontra-se,

em grande parte, cobre na forma

bivalente, que é caracterizado

como sendo um poderoso agente

oxidante, com ocorrência em

poucos compostos. Todo o íon

monovalente em solução aquosa

é rapidamente complexado ou

oxidado. Preferencialmente, a

forma bivalente se liga aos

inorgânicos como a água, os

álcalis, os carbonatos e os

sulfatos, via oxigênio, como os

orgânicos de grupos fenólicos e

carbonílicos. Podem, ainda,

serem adsorvidos por vários

óxidos metálicos, como os de

alumínio e ferro.


ções

Entre as várias formas

presentes na crosta terrestre,

como sulfatos e sulfetos, óxidos,

arsenitos, cloretos e carbonatos, o

cobre apresenta uma abundância

natural de aproximadamente 60

mg/Kg e, 2,5 mg/L, nos mares.

Geralmente, seu beneficiamento

ocorre próximo ao local de mine-

ração onde é triturado e

concentrado por flotação, forman-

do um concentrado de até 15% de

cobre. Ele é, a seguir, aquecido

na presença de ar. Adiciona-se,

então, areia para remover o ferro

como escória de silicato, que

flutua na superfície. Após retirada

do contaminante, o ar é cessado e

a auto-oxidação do cobre ocorre

com a formação de um metal de

98 a 99% de pureza. Dessa

forma, em 1988, 8,7 milhões de

toneladas de cobre foram

produzidas, além disto, 2,1

milhões de toneladas foram

recicladas, levando a produção

anual de 10,8 milhões de

toneladas. Em 1999, a produção

alcançou 12,6 milhões de

toneladas, sendo 1,4% do total,

produzidos no Brasil. Mesmo

assim, o Brasil tem uma depen-

dência de demanda externa

entorno de 80%, devido à parali-

sação e encerramento das

atividades da mina a céu aberto

da Mineração Caraíba S/A

(Jaguarari, Bahia). Neste mesmo

ano, a necessidade global de

cobre chegou aos 15 milhões de

toneladas (CRA, 2001).

O metal é utilizado em

grandes quantidades na indústria

elétrica pela sua elevada condu-

tividade. Também é utilizado em

tubulações de água em função da

sua inércia química após a

formação de uma camada >>


amorfa de hidroxicarbonatos e

hidroxis-sulfatos. São produzidos

mais de cem mil tipos de ligas

diferentes contendo cobre, como

o bronze e ligas para fabricação

de moedas e jóias com o ouro.

Diversos compostos de cobre são

utilizados na agricultura contra

certos fungos que atacam as

plantações, além de ser aplicado

em processos de galvanoplastia,

de produção de eletrodos,

pigmentos e na manufatura de

fios e utensílios domésticos.

Atualmente, pesquisas vêm sendo

feitas sobre as propriedades

supercondutoras que certas ligas

de cobre proporcionam, tais como

La(2-x)BaxCuO(4-y), a baixas

temperaturas (50 K).

Por estar presente na crosta

terrestre, a principal fonte natural

de cobre são as poeiras (0,9 a

15.103 t.), também os vulcões (de

0,9 a 18.103 t.), os processos

biogênicos (de 0,1 a 6,4.103 t), os

incêndios florestais (de 1 a 7,5.103

t.) e as névoas aquáticas (de 0,2 a

6,9.103 t.). Sua distribuição atra-

vés do meio ambiente ocorre

pelas movimentações de massas

de ar, distribuindo, desta forma,

até 65% do cobre emitido pelas

fontes naturais. Também é

distribuído por precipitação úmida

e pelo fluxo das águas fluviais e

oceânicas, podendo gerar sedi-

mentos, por deposição, com

importantes quantidades do metal.



Estima-se que 75000 t

sejam liberadas para a atmosfera

anualmente somente de fontes

naturais, excluindo-se as ativi-

dades antropogênicas, que

chegam a ser cerca de três vezes

maior que a natural. Como o

cobre e seus compostos estão

presentes na crosta terrestre, sua

erosão e lixiviação liberam quanti-

dades significantes do metal. Para

o ar atmosférico, entre 5 e 200

ng/m3, para o solo, cerca de

971000 t/ano, e, para as águas

superficiais, as quantidades

variam com a região. Por exem-

plo, no estreito de Jurubatuba, em

Niterói (Rio de Janeiro), foram

determinadas quantidades de

cobre variando de 5 a 213 ppm.

Os valores observados são

comparáveis aos obtidos em

sedimentos de estuários de

regiões urbanizadas e industriali-

zadas, como o golfo de Veneza

(de 3 a 44 ppm).

Uma das principais ativi-

dades antropogênicas responsá-

veis por este tipo de poluição é o

próprio beneficiamento do metal,

que libera resíduos contaminantes

em toda a geosfera. Na verdade,

a forma físico-química do cobre

determina o seu comportamento

no meio ambiente e a sua

disponibilidade, sofrendo signifi-

cante influência das próprias

características do meio. Por

exemplo, a maior parte do cobre

presente no solo, por meio da

poluição, encontra-se na forma

mineral ou firmamente ligada às

matrizes orgânicas.

O cobre é liberado para a

atmosfera na forma particulada,

ou adsorvido a partículas de

óxidos, sulfatos ou carbonatos,

sendo difundido pelas precipi-

tações e névoas e podendo

permanecer na troposfera até 30

dias. Já, no ambiente aquático, o

cobre é encontrado nas formas de

Cu2+, Cu(HCO3), e Cu(OH)2, que

são as suas formas mais solúveis.

Porém, neste meio o cobre encon-

tra barreiras físicas naturais como

as argilas, material particulado em

suspensão e bioacumuladores

que o adsorve e o imobiliza.

Também, a concentração do

cobre dissolvido depende do pH,

do potencial de oxirredução da

água, da presença de íons

competidores e agentes comple-

xantes orgânicos e inorgânicos.

A forma mais tóxica do

cobre foi relatada como sendo o

íon cúprico. Porém, tendo em

vista a sua competição pelos

sítios de adsorção em superfícies

biológicas, como as proteínas e

com os íons de cálcio nas águas

duras, a sua característica tóxica

é drastica-mente reduzida.

A maior parte do cobre

depositado no solo vem da atmos-

fera, da aplicação de defensivos

agrícolas e da alta movimentação

veicular nos centros das grandes

cidades. E, geralmente, >>


está fortemente adsorvida

nos primeiros centíme-tros do solo

(WHO, 1998, MANTA, 2002). Sua

mobilidade varia com a

composição do solo e, em geral,

liga-se a matérias orgânicas,

carbonatos, argila ou a ferro

hidratado e óxidos de manganês.

Ainda no solo, por absor-

ção, o cobre é utilizado, pela biota,

como co-fator enzimático e cata-

lisador em reações necessárias

para o crescimento ótimo das

plantas, afetando a sua disponibili-

dade no meio.

Dependendo da densidade

da cobertura vegetal de uma

região de depósito ou liberação de

rejeitos contaminados, a absorção

de cobre é tanta que, atualmente,

recursos biológicos estão sendo

utilizados para a sua remoção na

forma de bioacumulação.

Porém, o fator da bioacu-

mulação do cobre sobre determi-

nadas espécies aquáticas pode

ser fatal, principalmente para as

dáfnias e lesmas (importantes na

alimentação dos peixes), também

utilizadas como indicadores ambi-

entais em monitoramento ambi-

ental.

Extensas áreas fluviais e

marítimas são contaminadas por

cobre devido ao seu transporte

pelas correntes de deslocamento

de ar e água. Nas águas super-

ficiais, as concentrações deste

metal variam de 0,5 a 100 mg/L e

na água do mar, de 1 a 5 • g/L.

Dentro dos programas de

biomonitoramento, dados físico-

químicos devem ser levados em

consideração, como o pH e a

salinidade da água, já que a

solubilidade e, por tanto, a

disponibilidade deste metal é

afetada por estes parâmetros.

2.2.4. Monitoramento e Pa-

drões

Para as mais diversas clas-

sificações de águas (CONAMA,

1986), existem quantidades

limitantes de cobre dissolvido que

não provocam danos aos organis-

mos. Para águas residuais, a

concentração do metal não deve

ser maior que 1 mg/L. Para águas

de irrigação e de abastecimento,

não deve ser maior 20 • g/L.

Nos solos, as quantidades

aumentam. Enquanto na Europa

os valores variam de 1000 a

1750mg/Kg de peso seco, no

Brasil, segundo ao que rege a

norma adaptada da USEPA pela

CETESB, o valor máximo de

cobre é de 75 Kg/ha para lodos de

esgotos.

Já, no ar atmosférico, tem-

se como concentração máxima,

2• g/m3, que são provenientes do

hábito de fumar (0,05 • g/cigarro),

de pigmentos a base de cobre e

algicidas. Porém, muitas vezes

ficamos expostos a dosagens

altíssimas, quando em atividades

ocupacionais, como na indústria

de mineração, em ambientes

fechados na presença de pessoas

fumantes. Assim, são relatados

vários casos de exposição aguda,

na utilização de sulfato de cobre,

apresentando sintomas de vômi-

tos, letargia, anemia, aumento da

pressão sangüínea e, em contatos

crônicos, relatos de necrose

centrilobular do fígado e necrose

tubular do fígado, além de

hemólise. Casos como esverdea-

mento da pele, dentes e cabelos

também foram observados.

O monitoramento do cobre

no meio ambiente e em organis-

mos se dá de mesma forma

citada no item 2.1.4.


Os efluentes industriais que

estejam contaminados com cobre

particulado e solúvel devem ser

direcionados para sistemas de

tratamento diferentes. Para a

retenção do cobre particulado, é

necessário expô-lo a filtros espe-

ciais, como os de retenção física.

A troca destes filtros deve ser feita

periodicamente e os filtros conta-

minados devem passar por um

processo de extração do metal

para depois serem destinados ao

descarte..

Resíduos contendo formas

solúveis de cobre podem ser

concentrados pelo uso de técnicas

eletrolíticas ou resinas de troca

iônica, mas nunca fazer a

concentração do efluente por

evaporação, evitando, assim, a

suspensão do metal na atmosfera.

Muitas vezes, o tratamento

de um efluente não é simples >>


e as formas apresentadas

anterior-mente não são suficientes

para diminuir uma determinada

quantidade de cobre da sua

composição. Tratamentos quími-

cos fazem com que o cobre

precipite em grande quantidade

nas adições de sodas, sulfetos,

boroidreto de sódio, entre outros.

Há, também, pela adição de

agentes complexantes, como o

alúmen e o sulfato ferroso, um

aumento do tamanho da partícula,

que posteriormente contribui para

a realização do processo de filtra-

gem. O fim para o material retido

neste sistema pode ser o mesmo

citado anteriormente.

Quando se trabalha com

baixas concentrações de cobre, a

rizofiltração partindo de espécies

resistentes, é aconselhada

(DUSHENKOV, 1995).

2.3. Cromo


cias

Metal quebradiço de peso

molecular 51,99 g/mol. A sua

principal forma é o minério cro-

mita, FeCr2O4, de leve brilho e um

aspecto semelhante ao piche,

com tons de marrom na sua cor.

Os principais produtores da

cromita são a África do Sul (36%),

a Rússia (28%), Turquia (7%),

Índia (6,5%), Albânia (6%) e

Finlândia e Zimbábue (5% cada).

Outras formas menos abundantes

de cromo são a crocoíta, PbCrO4,

e o óxido de cromo, Cr2O3.

O cromo está presente na

crosta terrestre principalmente

nos estados de oxidação metálico

(Cr0) e cromoso (Cr+2), os mais

iônicos e redutores, podendo

reduzir a água a H2; crômico

(Cr3+), os mais estáveis, como os

complexos hexaaquosos; e o íon

hexavalente (Cr6+), compreen-

dendo os oxidantes cromatos,

dicromatos, trióxido de cromo,

oxohaletos e o hexafluoreto de

cromo. Quase tão abundante

quanto o cloro, por exemplo, o

cromo é o vigésimo primeiro

elemento mais abundante em

peso encontrado neste meio na

crosta terrestre

O cromo metálico é estável

ou inerte em baixas temperaturas

por ser revestido por uma camada

amorfa de óxido e é solúvel em

ácido clorídrico gasoso e sulfúrico

concentrado (oleum, H2SO4 +

SO3) havendo passibilidade frente

ao ácido nítrico e à água-régia e

em soluções aquosas ácidas e

alcalinas. Frente ao oxigênio, em

temperaturas ambi-entes, o cromo

não reage. Porém, em altas

temperaturas, forma α-Cr2O3.

Também reage com halogênios,

formando haletos trivalentes,

CrX3.

Os íons de cromo instáveis,

como os de estado de oxidação –

II, -I, I, +IV E +V respectivamente,

em soluções aquosas, são dis-

sociados para as formas mais

estáveis ou são complexados .


ções

Entre as várias formas

presentes na crosta terrestre, o

cromo apresenta uma abundância

natural de aproximadamente 122

mg/Kg.

Geralmente, seu beneficia-

mento ocorre a partir de duas

formas: ferrocromo e o metal de

cromo puro, dependendo do uso a

qual se destina. O ferrocromo é

uma liga contendo ferro, cromo e

carbono. Em 1988, foram

produzidas 3,3 milhões de tonela-

das de ferrocromo (LEE, 1991). É

obtido pela transformação da

cromita com carbono na forma de

carvão ou grafite. É empregado

em muitas ligas do ferro, incluindo

aço inoxidável e o aço cromo,

muito duro.

Diversas etapas são neces-

sárias para a obtenção de cromo

puro. Inicialmente a cromita é

fundida com hidróxido de sódio

em presença de oxigênio,

oxidando o cromo a cromato.

Como o produto é solúvel e os

seus contaminantes são

insolúveis, torna-se fácil a sua

purificação. Finalmente, o cromo é

reduzido por alumínio ou silício,

formando o metal puro. Também

há a possibilidade do uso de

eletrólise da solução contendo

cromo, na forma de deposição

sobre outros metais.

O metal é utilizado >>


em grandes quantidades na

indústria de galvanoplastia pela

formação de uma camada

superficial inerte, impedindo a sua

oxidação. É bastante utilizado

como pigmento em tintas e como

mordente têxtil, como algodão, lã

e seda. sua elevada

condutividade. Também é

utilizado como catalisador na

obtenção do metanol e em filmes

fotossensíveis, como os de reve-

lação fotográfica e de vídeos.



O cromo e suas substâncias

estão presentes nas águas e no

solo não só nas suas formas e

quantidades naturais, mas como

também, pelas atividades antro-

pogênicas.

A mobilidade destes

compostos está relacionada com

as suas propriedades físico-

químicas com relação às

afinidades nos diferentes meios.

Ela acontece a partir da liberação

das substâncias a base de cromo,

via efluentes industriais, onde é

separada em duas fases, uma

ficando em suspensão e a outra

nos sedimentos.

A liberação de substâncias

composta por cromo, na forma de

efluentes, é relatada como sendo

as principais formas da sua polui-

ção. Alguns casos são

apresentados como o da sua

utilização em materiais de preser-

vação física de madeiras para

ambientes aquáticos que

apresentam cromo nas suas

formas mais tóxicas, a hexa-

valente e a trivalente.

Uma série de condições

físico-químicas faz com que haja

a solubilização e a conseqüente

extração para a fase líquida. Um

exemplo que consta na literatura

demonstra que ocorre a lixivia-

ção do cromoarseniato de cobre

das vigas de madeira em tais

ambientes.

Plataformas aquáticas de

madeira liberam importantes

quantidades desta substância,

afetando a biota local. Os

mecanismos desta absorção, nas

primeiras horas, ocorrem como na

forma de perda dos depósitos

superficiais.

Posteriormente, cerca de

semanas, ocorre a absorção, por

capilaridade e difusão da água

para a madeira e ocorre a perda

dos componentes não fixados.

Assim, ocorre a solvatação dos

produtos de fixação dos preser-

vantes e a formação dos

complexos solúveis de cromo

como os íons cloreto e hidróxido.

Depois de um período de longa

duração, meses ou anos, ocorre a

dissociação reversível dos metais

de sua ligação iônica, ou seja,

liberação e distribuição dos íons

de cromo na água.

O cromo também é muito

utilizado na produção de

fertilizantes e defensivos

agrícolas. O seu uso provoca a

formação de lodos contaminados

que, influenciado pelas

precipitações úmidas, é distribuído

aleatoriamente por toda a região

vizinha do plantio.

Estudos apresentaram um

levantamento médio das quanti-

dades de cromo em córregos

agrícolas, lodos e solos no ano de

1999. Com os resultados,

observou-se uma quantidade 13,5

vezes maior em solos contami-

nados (540 mg/Kg) com relação

aos solos de controle (40 mg/Kg).

Para chegar-se a um resultado

destes, são necessárias cerca de

1200 t/ha de esgoto contaminado

oriundo da lixiviação do lodo

agrícola (DUDKLA, MILLER,

1999).

Depois de um certo tempo

de exposição, as substâncias a

base de cromo e íons de cromo,

geralmente, ficam situados a uma

profundidade de 15 cm da super-

fície do solo, provocando mudan-

ças fisiológicas e diminuindo a

biomassa local (RULKENS et al.,

1998).

2.3.4. Monitoramento e Padrões

A identificação do cromo

nos diversos organismos é feita

da mesma forma analítica citada

no item 2.1.4. Os testes que

verificam a influência dos compos-

tos de cromo no meio ambiente e

nos microorganismos são os mais

variados. São adotados como

testes de monitoramento

ambiental os de Salmonella >>


typhimurium/microssoma e de

determinações analíticas quanti-

tativas, como sugerido anterior-

mente.

Tendo-se em vista o ciclo

geoquímico do cromo, há impor-

tância maior no controle de

emissões de suas substâncias

nos efluentes industriais. Esta

maior importância se deve ao fato

de que os efluentes liberaram

quantidades significantes de

cromo próximos aos centros de

coleta e abastecimentos urbanos.

Exemplos disto são os

resultados apresentados de um

estudo que avaliou a concentra-

ção de cromo e o seu efeito

genotóxico nos estuários do lago

Guaíba, na região metropolitana

de Porto Alegre, citado por Vargas

(2001).

Assim, segundo ao que

rege a resolução nº 20, de 18 de

junho de 1986 , do Conselho

Nacional do Meio Ambiente

(CONAMA), são apresentadas as

quantidades máximas das formas

de cromo no meio Ambiente: para

águas de abastecimento após

tratamento (classe 1), cromo

hexavalente 0,05 mg/L, cromo

trivalente 0,5 mg/L; águas de

irrigação (classe 2), idem à classe

1; águas de esgoto (classe 8)

cromo hexavalente 0,5 mg/L.


A solução mais adequada

para o tratamento de efluentes

contendo cromo é a de

sedimenta-lo, tornando-o inerte a

partir da sua precipitação a

hidróxidos e a sulfatos, coletando-

o fisicamente por filtração. A

matéria retida nos filtros é, então,

depositada em cubas eletrolíticas

após tratamento com ácido

clorídrico gasoso, onde se faz

eletrodeposição do cromo nos

eletrodos metálicos. Esta não é

uma forma economicamente

viável hoje em dia, mas, certa-

mente, é a que menos provoca

danos biológicos diretos, poden-

do, ainda, recuperar o metal.

2.4. Zinco


cias

Metal de aspecto prateado

de peso molecular 65,37 g/mol. A

sua principal forma é o minério

calamina, também conhecido

como smithsonita (ZnCO3, carbo-

nato de zinco), são utilizados na

manufatura de zinco juntamente

com o mineral esfarelita, também

chamado de blenda (ZnS, sulfeto

de zinco). A esfarelita sempre

contém ferro, e a sua fórmula

pode ser representada como

(ZnFe)S. Junto com estes

minerais, encontram-se traços de

cádmio, cujas propriedades físico-

químicas se assemelham ao do

zinco.

Caracteristicamente, o zinco

apresenta propriedades que o

diferencia dos demais metais de

transição, bem como aqueles que

ao seu grupo pertencem. O

motivo para tanto é a presença de

um nível d , não disponível para

novas ligações. Este fato também

reforça a ausência de variação de

valência para este metal, além de

deixa-los com uma dureza menor

com relação às durezas dos

demais metais de transição.

O zinco e os metais do seu

grupo, apresentam pontos de

ebulição menores que os demais

metais, dando-lhes uma acen-

tuada reatividade. Mais uma pro-

priedade deste metal é de ter um

caráter anfótero marcante. Pode

reagir com álcalis

formandozincatos, semelhantes

aos alumiatos.

As principais regiões de

produção do zinco são o Canadá

(19%), Rússia (13,5%), Austrália

(11%), China e Peru (7% cada),

Espanha, México e Estados Uni-

dos (4%). É encontrado na crosta

terrestre na forma natural, cerca

de 132ppm, representando o

vigésimo quarto lugar entre os

elementos mais abundantes,

(LEE, 1991).

Os minérios de zinco,

principalmente a esfarelita, são

concentrados por flotação na

manufatura do metal. São

expostos ao ar para que ocorra a

formação dos óxidos de zinco sob

alta temperatura. O Zn é extraído

do óxido por dois processos

diferentes, pela redução com

monóxido de carbono a 1200º C e

dissolução do óxido em ácido

sulfúrico, com a formação de >>


sulfato que, eletroliticamente, é

depositado com alto grau de

pureza.


ções

O zinco é usado em

grandes quantidades no revesti-

mento de ferro, para evitar a

corrosão (galvanização). Uma boa

fração da produção de zinco é

aplicada no fabrico de ligas com

outros metais na produção de

bronze (Cu/Zn com 20 a 50% de

zinco na sua composição). Outras

formas de zinco são aplicadas nas

tintas, como pigmentos brancos

(ZnO, óxido de zinco) de

propriedade característica:

absorvem luz de comprimento

ultravioleta e refletem como luz

branca, dando um aspecto

alvimetálico à tinta. Também são

produzidos amalgamas de zinco

de utilização em laboratório na

forma de fortes agentes redutores.

São utilizados haletos de

zinco, como o seu cloreto, que

são substâncias bastante corro-

sivas, na indústria de celulose, na

dissolução de papel, e em

indústria têxteis.

O cloreto de zinco também

é utilizado como fundente em

soldas, sendo chamado de sal de

solda e dissolve óxidos metálicos,

permitindo a soldagem de uma

superfície limpa de metal.

Em 1988, foram produzidas

7,1 milhões de toneladas do

metal.



Devido às atividades de

produção e utilização do zinco e

dos sues derivados, promoveu-se,

ao longo dos anos, um acúmulo

destas substâncias em

determinadas regiões. São

encontrados principalmente nos

lodos de estuários lacustres onde

há a liberação dos rejeitos

industriais a partir dos seus

efluentes. Isto vem provocando

alterações das propriedades

físico-químicas dos sedimentos e,

principalmente, aumentando a

carga de zinco bioviável nas

águas de superfície.

A alteração das caracte-

rísticas dos sedimentos, pela

contaminação do zinco aliado à

outras substâncias, vem induzindo

uma alteração das condições do

meio ambiente, como por

exemplo, decaimento do pH das

águas superficiais, com o auxílio

da chuva ácida, aumentando a

competição entre os prótons

ácidos e os complexos metálicos,

principalmente os de zinco (mais

solúveis). A sua presença também

interfere nos mecanismos de

oxidação das matérias orgânicas

da água, que em meios ácidos,

deixam de adsorver metais,

aumentando a mobilidade e, por

seguinte, a sua bioviabilidade.

(PROKOP,2003).

O espalhamento, ou

transporte, de zinco, como os

demais metais apresentados,

também é por lixiviação dos

sedimentos. Em função disto, a

contaminação do solo ocorre

rapidamente, dependendo de sua

composição e das propriedades

físico-químicas das águas de

transporte.

Existem relatos de intoxi-

cação por ingestão de vegetais

contaminados por zinco.

Apesar de desenvolver um

papel muito importante em

diversas enzimas e representar a

segunda colocação entre os

metais de transição na importân-

cia dos mecanismos bioquímicos

dos seres vivos, quando expostos

às altas quantidades deste metal,

organismos podem sofrer diversas

alterações, como uma mutação.

Exemplifica-se o fato ocor-

rido nos Estados Unidos, onde

houve a contaminação de solos

de cultura vegetal (tubérculos e

batatas) por transporte de zinco

pela poeira de uma fundição de

zinco e chumbo localizada há

alguns quilômetros do local de

contaminação. Foram analisadas

amostras que apresentaram uma

quantidade de zinco cerca de 7

vezes maior que as amostras de

controle. (DUKA, MILLER, 1999).

O que geralmente tem-se

apresentado são valores da

ordem de 500t/ha para zinco em

materiais (amostras líquidas)

provenientes da lixiviação das

partículas contaminadas de um

ambiente para outro.

O caso mais conhecido >>


de contaminação por zinco,

através de alimentos, foi o

ocorrido nas margens do rio

Jintsu, na região de Funch-Machi,

no Japão, logo depois da II Guerra

Mundial, quando um grande

número de pessoas, plantadores

de arroz e pescadores foram

acometidos de dores reumáticas,

distúrbios renais, acompanhadas

de deformidades ósseas. Esta

epidemia ocorreu devido à

intoxicação por zinco que se deu

pelo consumo de alimentos

contaminados por águas de

irrigação, provenientes de

efluentes de uma indústria

processadora de zinco-chumbo

(ATSDR, 1997; MEDITEXT, 2000).

Na questão de controle

ambiental, é necessário que as

quantidades de metal, junto com

as dos seus produtos, estejam

dentro das quantidades estabe-

lecidas pelas agências de con-

trole local do meio ambiente.

No Brasil, se dá maior

importância ao controle fluvial, já

que, neste meio, as contami-

nações ocorrem mais rapida-

mente. Assim, estipulou-se, para

águas de abastecimento urbano

e de irrigação, segundo a

resolução de nº 20, de 18 de

junho de 1986, do Conselho

Nacional do Meio Ambiente

(CONAMA), 0,18 mg/L e 1 mg/L,

respectivamente. Em águas de

esgoto sem tratamento e

efluentes, 5mg/L.


A solução mais adequada

para o tratamento de efluentes

contendo zinco é a de sedimentá-

lo, tornando-o inerte a partir da

sua precipitação com substâncias

quelantes ou complexantes, cole-

tando-o fisicamente por filtração

após este processo. A matéria

retida nos filtros é, então,

depositada em cubas, onde se faz

eletrodeposição do zinco nos

eletrodos metálicos. Esta não é

uma forma economicamente

viável hoje em dia, mas,

certamente, é a que menos

provoca danos biológicos diretos,

podendo, ainda, recuperar o

metal.

No entanto, deve-se verificar

a sua quantidade presente na

solução eletrolítica de descarte

através de métodos analíticos

apropriados, como os descritos no

item 2.4.1.

•

3. Referências1. [ATSDR] Agency of Toxic Substances and Disease Registry. Toxicological Profiles for

Cadmium. Atlanta: ATSDR, 1997. 347p.

2. [CONAMA] Conselho Nacional do Meio Ambiente. [CONAMA] Conselho Nacional do Meio

Ambiente. Resolução Normativa nº 20. Brasil: CONAMA, 1986.

3. [CRA] Centro de Recursos Ambientais. Ecotoxicologia do Chumbo e Seus Compostos.

Série Cadernos de Referência Ambiental, v.2. Salvador, BA.: CRA, 2001.

4. [CRA] Centro de Recursos Ambientais. Ecotoxicologia do Cobre e Seus Compostos. Série

Cadernos de Referência Ambiental, v.2. Salvador, BA.: CRA, 2001.

5. [DNPM] Departamento Nacional de Produção Mineral. Chumbo, Cobre, Cromo e Zinco.

Disponível em http://www.dnpm.gov.br.

6. DUSHENKOV, V.; KUMAR, P.B.A.N.; MOTTO, H.; RASKIN, I. Rhizofiltration: the use of

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Technology v29, p 1239-1245,1995..

7. HILARY ARNOLD GODWIN. The biological chemistry of lead. Current Opinion in

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8. LEE, J.D. Concise inorganic chemistry. Chapman & Hall, NY, USA, 1991.


9. DANIELA SALVAGIO MANTA, MASSIMO ANGELONE, ADRIANA BELLANCA, RODOLFO

NÉRI, MARIO SPROVIERI. Heavy metals in urban soils: a case study from the city of

Palermo (Sicily), Italy. The Science of the Total Environment 300 (2002) 229–243.p.

10. DUDKA, S.; MILLER, W. Accumulation of potencially elements in plants and their transfer to

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11. [MEDITEX] Medical Menagement. Lead, Copper, Cromium, Zinc. In: Tomes CPS Systems.

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12. Z. PROKOP, M.L. VANGHELUWE, P.A. VAN SPRANG, C.R. JANSSEN, AND I.

HOLOUBEK. Mobility and toxicity of metals in sandy sediments deposited on land.

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13. THORNTON, I; RAMSEY, M.; ATKINSON, N. Metals in the global environment: facts

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14. [WHO] World Health Organization. Laed, Copper, Cromium and Zinc. Geneva, 1992.(Environmental Health Criteria 134)


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